Studia OECOLOGICA. Zkušenosti s používáním digitálních dataloggerů NOMAD OM-43 v jeskynním prostředí Richard POKORNÝ, Michal HOLEC 3

Zkušenosti s používáním digitálních dataloggerů NOMAD® OM-43 v jeskynním prostředí Richard POKORNÝ, Michal HOLEC

Rozsah zmien vodného režimu PR Chynoriansky luh a možnosti jeho optimalizácie Ján KUKLA, Margita KUKLOVÁ, Jaroslav KONTRIŠ, Oľga KONTRIŠOVÁ

Analýza vegetácie prímestskej zóny Zvolen – Lanice a jej revitalizácia Jaroslav KONTRIŠ, Oľga KONTRIŠOVÁ, Ján KUKLA, Margita KUKLOVÁ

Spoluspalování biomasy v elektrárnách a teplárnách Helena SOUČKOVÁ

Příspěvek k problematice rekultivace, revitalizace a resocializace v oblasti Podkrušnohoří Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, Petr VRÁBLÍK

Postavení správních obvodů obcí s rozšířenou působností – komparace na úrovni pánevních okresů, Ústeckého kraje a Česka

3 10 16 22 28 39

Milan JEŘÁBEK

Výsledky průzkumu fauny pavouků a teplotních měření jeskyní na vrchu Bořeň u Bíliny Michal HOLEC, Richard POKORNÝ

Těžba uhlí – významná disparita Podkrušnohoří Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, Petr VRÁBLÍK

Application of Projection Techniques to Plasma Fluid and Onset of Turbulence in Hartmann Flow Ludek JIRKOVSKY, Luis BO-OT

Ročník III Číslo 1/2009 ISSN 1802-212X Vydáno: říjen 2009

Studia OECOLOGICA

Studia OECOLOGICA 1/2009

1

Aplikace sociologických přístupů při studiu životních podmínek – vybrané příklady z pánevních okresů Ústeckého kraje

50 58 66 76

Milan JEŘÁBEK

Vícekriteriální hodnocení strategického scénáře Podkrušnohoří Petr FIALA, Miroslav FARSKÝ, Jaroslav ZAHÁLKA

Čištění specifických odpadních vod pomocí imobilizovaných mikroorganismů Sylvie Kříženecká, Josef Trögl, Věra Pilařová, Hana Buchtová, Lucie Čechovská

84 95

Studia OECOLOGICA I/2009

OBSAH ZKUŠENOSTI S POUŽÍVÁNÍM DIGITÁLNÍCH DATALOGGERŮ NOMAD® OM-43 V JESKYNNÍM PROSTŘEDÍ .............................................................................................. 3 Richard POKORNÝ, Michal HOLEC ................................................................................ 3 ROZSAH ZMIEN VODNÉHO REŽIMU PR CHYNORIANSKY LUH A MOŽNOSTI JEHO OPTIMALIZÁCIE ................................................................................................... 10 Ján KUKLA, Margita KUKLOVÁ, Jaroslav KONTRIŠ, Oľga KONTRIŠOVÁ ............... 10 ANALÝZA VEGETÁCIE PRÍMESTSKEJ ZÓNY ZVOLEN – LANICE A JEJ REVITALIZÁCIA .............................................................................................................. 16 Jaroslav KONTRIŠ, Oľga KONTRIŠOVÁ, Ján KUKLA, Margita KUKLOVÁ............... 16 SPOLUSPALOVÁNÍ BIOMASY V ELEKTRÁRNÁCH A TEPLÁRNÁCH .................. 22 Helena SOUČKOVÁ ........................................................................................................ 22 PŘÍSPĚVEK K PROBLEMATICE REKULTIVACE, REVITALIZACE A RESOCIALIZACE V OBLASTI PODKRUŠNOHOŘÍ ..................................................... 28 Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, Petr VRÁBLÍK ....................................................................... 28 POSTAVENÍ SPRÁVNÍCH OBVODŮ OBCÍ S ROZŠÍŘENOU PŮSOBNOSTÍ – KOMPARACE NA ÚROVNI PÁNEVNÍCH OKRESŮ, ÚSTECKÉHO KRAJE A ČESKA ................................................................................................................................ 39 Milan JEŘÁBEK .............................................................................................................. 39 VÝSLEDKY PRŮZKUMU FAUNY PAVOUKŮ A TEPLOTNÍCH MĚŘENÍ JESKYNÍ NA VRCHU BOŘEŇ U BÍLINY ....................................................................................... 50 Michal HOLEC, Richard POKORNÝ .............................................................................. 50 TĚŽBA UHLÍ – VÝZNAMNÁ DISPARITA PODKRUŠNOHOŘÍ ................................. 58 Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, Petr VRÁBLÍK ....................................................................... 58 APPLICATION OF PROJECTION TECHNIQUES TO PLASMA FLUID AND ONSET OF TURBULENCE IN HARTMANN FLOW ................................................................... 66 Ludek JIRKOVSKY, Luis BO-OT .................................................................................... 66 APLIKACE SOCIOLOGICKÝCH PŘÍSTUPŮ PŘI STUDIU ŽIVOTNÍCH PODMÍNEK – VYBRANÉ PŘÍKLADY Z PÁNEVNÍCH OKRESŮ ÚSTECKÉHO KRAJE ............... 76 Milan JEŘÁBEK .............................................................................................................. 76 VÍCEKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ STRATEGICKÉHO SCÉNÁŘE PODKRUŠNOHOŘÍ ........................................................................................................... 84 Petr FIALA, Miroslav FARSKÝ, Jaroslav ZAHÁLKA ..................................................... 84 ČIŠTĚNÍ SPECIFICKÝCH ODPADNÍCH VOD POMOCÍ IMOBILIZOVANÝCH MIKROORGANISMŮ........................................................................................................ 95 Sylvie KŘÍŽENECKÁ, Josef TRÖGL, Věra PILAŘOVÁ, Hana BUCHTOVÁ, Lucie ČECHOVSKÁ .................................................................................................................. 95

Studia OECOLOGICA I/2009 ČASOPIS STUDIA OECOLOGICA Ročník II Číslo 1/2009 Redakční rada: Doc. Ing. Pavel Janoš, CSc. – šéfredaktor Doc. Ing. Miroslav Farský, CSc. – výkonný redaktor Prof. RNDr. Olga Kontrišová, Ph.D. Doc. RNDr. Juraj Lesný, Ph.D. Ing. Martin Neruda, Ph.D. Doc. MVDr. Pavel Novák, CSc. Prof. Ing. Miloslav Šoch, CSc. Technický redaktor: Mgr. Petr Novák Recenzenti:

doc. Ing. Tibor Benčať, CSc., FEE TU vo Zvolene prof. Ing. Eduard Bublinec, CSc., SAV, Zvolen RNDr. Ivan Farský, CSc., PřF UJEP doc. PhDr. Václav Houžvička, Ph.D., SÚ AV ČR, pobočka Ústí nad Labem RNDr. Karel Hrach, Ph.D., FSE UJEP Ing. Eva Hrdličková, ZÚ v Ústí nad Labem RNDr. Petr Chvátal AOPK ČR, Ústí nad Labem Ing. Pavel Jaroš, Bílina doc. RNDr. Milan Jeřábek, Ph.D., PřF UJEP Ing. Tomáš Lederer, AQUATEST, Praha Amador Muriel, Švýcarsko Ing. Martin Neruda, Ph.D., FŽP UJEP doc. Ing. Juraj Nič, Ph.D., LF TU vo Zvolene doc. MVDr. Pavel Novák, CSc., FVHE VFÚ, Brno Mgr. Milan Řezáč, Ph.D., VÚRV, Praha RNDr. Miloslav Šašek, CSc., FSE UJEP doc. Ing. Jan Šembera, Ph.D., NTI TU Liberec prof. Ing. Miloslav Šoch, CSc., ZF JU České Budějovice prof. Ing. Jaroslava Vráblíková, CSc. FŽP UJEP Ing. Jaroslav Zahálka, CSc., FŽP UJEP

Vydává: FŽP UJEP v Ústí nad Labem Tisk: Centrum digitálních služeb MINO Ústí nad Labem Toto číslo bylo dáno do tisku v říjnu 2009 ISSN 1802-212X


ZKUŠENOSTI S POUŽÍVÁNÍM DIGITÁLNÍCH DATALOGGERŮ NOMAD® OM-43 V JESKYNNÍM PROSTŘEDÍ EXPERIENCE WITH USING OF DIGITAL DATA LOGGERS NOMAD® OM-43 IN THE CAVE ENVIRONMENT Richard POKORNÝ, Michal HOLEC Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected], [email protected]

Abstrakt V letech 2006–2008 probíhal průzkum mikroklimatu pseudokrasových jeskyní v neovulkanitech Ústeckého kraje. Pro měření byly využity digitální dataloggery Omega OM-43. Tyto přístroje jsou primárně určeny pro využití v interiérech, nicméně tyto přístroje a přístroje obdobného typu jsou v některých studiích užívány i ve vnějším prostředí. V průběhu měření byly zjištěny problémy, zejména s měřením relativní vlhkosti, pravděpodobně z důvodů působení vysoké vzdušné vlhkosti, zejména v kondenzované podobě. Zároveň byl pozorován negativní vliv vlhkosti na lithiové baterie dataloggerů, kde byly zaznamenány výpadky v napájení přístroje spojené s viditelnými projevy koroze. Ve shodě s výrobcem tak lze dataloggery nedoporučit pro měření v terénních podmínkách. Pokud by však k tomu mělo dojít, pak doporučujeme využít základní model řady OMSeries označovaný jako OM-41 osazený pouze teplotním čidlem. Pro snížení rizika poškození baterie je navíc vhodné instalovat dataloggery ve dvojicích nebo instalovat ještě mechanické přístroje. Periodicita kontroly dataloggerů by měla být rovněž vyšší než umožňuje výrobce baterií i dataloggerů. Doporučujeme proto kontrolu dataloggerů již po měsíci a stahování dat maximálně po 6 měsících. Abstract During the years 2006–2008 the pseudocarst caves in neovolcanic rocks of Ústí nad Labem region were investigated. In term of researches were measured the microclimatic criteria – relative humidity and temperature. The digital Data Loggers Omega OM-43 were used. These Data Loggers are designed for the using in the interior. However, we applied them in the caves, because the special outdoor Data Loggers are much more expensive in price. Moreover there are some experiences with outdoor using of indoor Data Loggers. We found out problems during our measurements, especially with moisture measuring, probably due to the high humidity influence to lithium batteries and moisture detector. With concordance of the Data Logger contriver we do not recommend use Omega Data Loggers to the measuring of temperature and moisture in outdoor environment. We prefer install the Data Loggers in couple, and control them in interval of one month and download data in interval six months. Klíčová slova: Datalogger, OM-43, relativní vlhkost, pseudokrasové jeskyně, lithiové baterie, Ústecký kraj Keywords: Data Logger, OM-43, relative humidity, pseudocarst caves, lithium batteries, Ústí nad Labem region

3


Úvod Digitální přenosné měřící stanice, zkráceně dataloggery, jsou využívány pro účely pořízení dlouhodobých měření mikroklimatických parametrů zkoumaného prostředí; Nejčastěji bývá zjišťována teplota a vlhkost. Hlavní výhoda oproti klasickým mechanickým měřicím přístrojům, jako je například extrémový (maximo-minimální) teploměr, spočívá v možnosti dlouhodobé aplikace v měřeném prostředí bez nutnosti pravidelného odečítání zjištěných hodnot. Bezproblémové měření výrobce (např. přístrojů OM-43 firmy Omega ze série NOMAD®, řady OM-Series) podmiňuje dodržováním podmínek měření. V přístrojovém manuálu vždy uvádí rozpětí parametrů teploty a vlhkosti, ve kterém zaručuje plnou funkčnost provozu. Vzhledem k relativně vysoké ceně však bývá někdy v běžné praxi přistoupeno k měření, která těmto podmínkám zcela nevyhovují. Např. přístroje doporučované pro měření uvnitř místností jsou používány i pro venkovní měření (např. obdobné přístroje HOBO H8 firmy Onset Computer Corporation použila při terénním měření Machová, 2004; Vráblíková a kol., 2004). Jaká je však efektivnost a správnost těchto měření, není známo. Předkládaný příspěvek přináší poznatky autorů s využitím dataloggerů z jeskynního prostředí, tedy rovněž z podmínek extrémních. Materiál a metodika V období let 2007 a 2008 byl prováděn komplexní průzkum 39 pseudokrasových jeskyní v neovulkanitech Ústeckého kraje podpořený grantem MŽP. Vedle posouzení morfometrických charakteristik a zjišťování bioty probíhalo i měření mikroklimatu jeskyní. Pro podrobnější informace o klimatických charakteristikách regionu viz Farský in Mackovčin a kol. (1999). Bylo položeno celkem 69 extrémových maximo-minimálních teploměrů pro průběžné zjišťování teplot ve vnitřním i vnějším prostředí. Za účelem získání přesné dlouhodobé řady měření teploty a vlhkosti bylo pořízeno 20 digitálních dataloggerů OM-43 firmy Omega ze série NOMAD®, řady OM-Series. Tyto přístroje umožňují kontinuální měření teploty ve °C a °F, dále absolutní a relativní vlhkosti, udávají zároveň i hodnotu rosného bodu. Teplotní čidlo je reprezentováno termistorem v podobě měděného drátu o délce 10,6 cm taženého napříč destičkou s tištěnými spoji. Vyměnitelný odporový vlhkoměr je umístěn ve speciální plastové krytce. Interval záznamu je možné zvolit v intervalu 0,5 sekundy až 9 hodin a přístroj dokáže uchovat až 7 943 položek, doba nasazení v terénu se tedy podle volby nastavení uživatelem pohybuje mezi 33 minutami a 1 489 dny. Protože nejkratší reálná odezva termistoru však činí 1 minutu, u vlhkoměru dokonce 10 minut, při programování by kratší perioda neměla smysl. Dataloggery řady OM se programují připojením datového kabelu s 3,5 mm jackem na jedné straně a 9pinovým sériovým portem na straně druhé. Vlastní konfigurace se provádí pomocí programu Logger Software for OM-40 Series, ver. 3.7.3., který umožňuje volbu aktivace čidla teplotního, vlhkostního či obou současně. Dataloggeru je možné přiřadit popis o délce až 40 znaků, program nabízí volbu odloženého startu záznamu či mazání nejstarších dat v případě zaplnění interní paměti. Paměťový modul uchovává data i při výpadku napájení z baterie (OMEGA ENGINEERING, INC., 2002). Dataloggery byly umístěny do tří nejdelších jeskyní v regionu. V jeskyni Komora v Lužických horách (délka 14 m) byly situovány 3 přístroje, v Jeskyni Skřítků nedaleko Děčína (délka 24,3 m) rovněž 3 přístroje, v Loupežnické jeskyni nedaleko Svádova (délka cca 130 m) bylo umístěno 6 přístrojů. V případě jeskyní Komora a Jeskyně Skřítků bylo instalováno ve vnějším prostředí vždy po jednom přístroji, poblíž Loupežnické jeskyně byly položeny vně jeskyně 2 dataloggery. Zbývající 4 přístroje byly uvažovány jako záložní v případě ztráty či poškození. Dataloggery byly na místě určení umisťovány pod 4


kameny, do suti, skalních štěrbin a podobných míst tak, aby se předešlo náhodnému odhalení a zcizení. Přístroje ve venkovním prostředí byly ukládány pod kameny, aby nebyly vystaveny přímému osvitu a působení deště. V těchto jeskyních a před vchody do jeskyní byly vždy do blízkosti datalogerů umístěny i extrémové (maximo-minimální) teploměry a hygrometry firmy EXATHERM, s.r.o. Dataloggery byly kontrolovány s periodicitou cca 1 měsíce a vždy po 4–8 měsících byly ze stanoviště vyzvedávány za účelem převodu dat do PC. Získaný výpis v TXT formátu byl následně převeden do podoby grafů s pomocí Microsoft Office Excel 2003. Před každým opětovným umístěním do terénu byla zkontrolována životnost baterií, v případě jejich vybití či znehodnocení byla baterie vyměněna. V průběhu srpna 2007 – října 2008 bylo uskutečněno celkem 29 expozic, přičemž všechny dataloggery byly v terénu nasazeny alespoň jednou, některé pak byly nasazenydvakrát (Tabulka 1). Již při prvním odběru dat byly zjištěny diskrepance mezi předpokládaným charakterem dat a daty naměřenými mechanickými přístroji, případně dataloggery umístěnými v blízkosti dataloggerů, u nichž jsme pozorovali obtížně vysvětlitelné naměřené hodnoty. Některé dataloggery dokonce přestaly v průběhu doby měřit úplně. Všechny tyto nesrovnalosti byly průběžně evidovány a jsou komentovány v následujícím textu. Výsledky V 7 případech měření (24 %) došlo ke znehodnocení baterie korozí, a tím i ukončení měření dříve, než jak byl přístroj naprogramován. Ve všech případech však byla zbývající data uchována v paměti tak, že je bylo možné po výměně baterií převést do PC, a tím i přesně zjistit, kdy došlo k poškození baterie a ukončení měření. Kromě koroze se při měření projevily i další problémy. U dataloggeru 3 z Loupežnické jeskyně došlo rovněž ke korozi a výpadku měření a navíc spolu s dataloggerem č. 5 zde byl zaznamenán abnormální pokles relativní vlhkosti (ze 100 % na 70 % u dataloggeru 3 a na 71,6 % u dataloggeru 5) (Obr. 1). V Jeskyni Skřítků byl u dataloggeru č. 2 pozorován obdobný přechodný postupný pokles zaznamenaných hodnot relativní vlhkosti ze 100 % až na 80,8 %, následně došlo k opětnému pozvolnému stoupání až na původních 100 %. Celý výkyv trval 97 dní. V téže jeskyni došlo u dataloggeru č. 1 k opačnému extrému, kdy po výměně přístroje vystoupily údaje z původní průměrné relativní vlhkosti 88,58 % při intervalu 45,2–100 % na konstantní hodnotu 100 %. Výkyvy byly zjištěny i u dvojic dataloggerů umístěných na stejném místě. Nejmarkantnější rozdíl vykazovaly dataloggery č. 7 a 8, umístěné vně Loupežnické jeskyně v době 4. 4. 2008–15. 9. 2008, kde první přístroj zaznamenával relativní vlhkosti v intervalu 41,2 až 82,7 % a druhý přístroj, umístěný v tomtéž místě, zapisoval relativní vlhkost v intervalu 89,3 až 98,9 %, tedy podstatně vyšší (Obr. 2). U jednoho z přístrojů instalovaných v Loupežnické jeskyni v intervalu od 3. 4. 2008– 17. 8. 2008 došlo po 89 dnech k závadě, po které byla do paměti uložena chybná data informující o konstantní teplotě v jeskyni 43,42 °C a relativní vlhkosti 46,3 % až do data 22. 12. 2010. Šlo o jediný případ výrazně odlišných hodnot měření teploty od teplot naměřených maximo-minimálními teploměry. V ostatních případech poruchy měření teploty došlo vždy pouze k úplnému výpadku přístroje, a to vždy v těch případech, kde byla pozorována koroze na baterii a došlo též k výpadku měření vlhkosti. K naměření abnormálních hodnot, tak jako v případě výše zmíněných měření vlhkosti, zde nedocházelo. Relativní vlhkost v jeskyních, kde byly použity dataloggery, se pohybuje v blízkosti 100 % (přesnost použitých přístrojů je nízká, proto uvádíme číselný údaj v této podobě), jak ukázala vlastní měření s použitím mechanických hygrometrů. Ve vnějším prostředí byly zjištěny hodnoty vlhkosti dataloggery po většinu doby měření podstatně nižší, avšak i zde 5


byly zjištěny rozdíly oproti měření druhým, vně jeskyně použitým dataloggerem. Navíc i zde bylo dosaženo, byť krátkodobě, vysokých hodnot vlhkosti (interval 41,2–100 %). Při srovnání dvou dataloggerů umístěných vně Jeskyně Skřítků a dvou dataloggerů umístěných vně Loupežnické jeskyně bylo prokázáno, že v obou případech se vlhkostní data zaznamenaná dvojicí přístrojů statisticky vysoce odlišují (T-test, P < 0,001), přístroje přitom měřily ve dvojici v těsné blízkosti. Při vyhodnocení teplotních dat z týchž dataloggerů byly přitom hodnoty velmi blízké se statisticky neprůkazným rozdílem, v případě Jeskyně Skřítků P=0,15, v případě Loupežnické jeskyně P=0,19. Všechny dataloggery tedy při teplotním měření zaznamenávaly shodné teploty. Tabulka 1 Přehled použitých dataloggerů OM-43 s označením místa aplikace a doby měření v terénu. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Lokalita Loupežnická jeskyně dtto Loupežnická jeskyně dtto Loupežnická jeskyně Loupežnická jeskyně Loupežnická jeskyně dtto Loupežnická jeskyně Loupežnická jeskyně dtto Jeskyně skřítků Loupežnická jeskyně Jeskyně skřítků Loupežnická jeskyně Jeskyně skřítků Loupežnická jeskyně Jeskyně skřítků Jeskyně Komora Jeskyně skřítků Jeskyně Komora Jeskyně Komora Jeskyně Komora Jeskyně skřítků Jeskyně Komora Jeskyně Komora Jeskyně skřítků Jeskyně skřítků Loupežnická jeskyně

Interval instalace (dní) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 3. 4. 08–17. 8. 08 (136) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 3. 4. 08–17. 8. 08 (136) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 3. 4. 08–15. 9. 08 (165) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 9. 8. 07–3. 4. 08 (238) 3. 4. 08–15. 9. 08 (165) 31. 8. 07–27. 3. 08 (209) 3. 4. 08–17. 8. 08 (136) 31. 8. 07–27. 3. 08 (209) 3. 4. 08–17. 8. 08 (136) 31. 8. 07–27. 3. 08 (209) 3. 4. 08–17. 8. 08 (136) 31. 8. 07–27. 3. 08 (209) 29. 9. 07–15. 3. 08 (168) 27. 3. 08–17. 10. 08 (204) 29. 9. 07–15. 3. 08 (168) 29. 9. 07–15. 3. 08 (168) 29. 9. 07–15. 3. 08 (168) 27. 3. 08–17. 10. 08 (204) 15. 3. 08–5. 10. 08 (204) 15. 3. 08– 27. 3. 08–17. 10. 08 (204) 27. 3. 08–17. 10. 08 (204) 3. 4. 08–17. 8. 08 (136)

Fční celou dobu ANO ANO ANO ANO NE (158 dní) ANO ANO ANO --ANO ANO ANO NE (106 dní) ANO ANO ANO NE (16 dní) ANO ANO ANO NE (39 dní) NE (39 dní) ANO ANO NE (124 dní) NE (0 dní) ANO ANO NE (89 dní)

Diskuse Uživatelský manuál dataloggerů řady OM-Series uvádí, že přístroje jsou určeny především pro užití v interiérech (OMEGA ENGINEERING, INC., 2002). Běžnou praxí však je, využívat tyto cenově relativně dostupné přístroje (řádově 2–4 tis.) i ve vnějším prostředí s rizikem větší poruchovosti (př. Hadaš, Hybler 2003). Lze užít srovnání s dataloggery HOBO H8 firmy Onset Computer Corporation, které jsou osazeny stejným typem registrátorů, mají totožnou kapacitu paměti a umožňují stejné uživatelské nastavení časových intervalů pro měření mikroklimatu. Dataloggery OM-43 i HOBO H8 mají totožné operační rozpětí pro měření teploty –20 °C až 70 °C. Rozpětí záznamu relativní 6


vlhkosti se pohybuje mezi 0 % až 95 %. V manuálech obou přístrojů je uvedena poznámka, že vlhkost nesmí kondenzovat a vytvářet mlhu. Výrobcem udávané rozpětí se tedy ještě průběžně mění a redukuje v závislosti na aktuální teplotě, resp. hodnotě rosného bodu (OMEGA ENGINEERING, INC., 2002). Pro měření vnějšího prostředí využila přístrojů HOBO H8 např. Machová (2004), Vráblíková, Vráblík, Hlávka (2004) apod. Mikroklima jeskyní se vyznačuje relativně stabilní teplotou a zároveň velmi vysokou vzdušnou vlhkostí (Jančařík in Přibyl, Ložek, Kučera a kol. 1992). Podobně i my jsme naměřili hodnoty blízké 100 % relativní vlhkosti, přesnost našich měření vlhkosti je však poněkud zkreslena omezenou přesností používaných mechanických vlhkoměrů a jejich rozlišovací schopností. Pseudokrasové jeskyně v neovulkanitech Ústeckého kraje mají charakter tzv. dynamických jeskyní, tedy jeskyní s cirkulací vzdušné masy díky systému puklin a rozsedlin v rámci skalního masivu. Vzdušné proudění má za následek vznik dvou režimů střídajících se s půlroční periodicitou. V létě dochází ke klesání chladného jeskynního vzduchu směrem k východu. Zároveň je puklinami nasáván vnější teplejší vzduch, který je ochlazován přestupem tepla do horniny. Tím dochází ke zvyšování relativní vlhkosti vzduchu a po nasycení i ke kondenzaci na stěnách i v prostoru formou aerosolu. V zimě se cirkulace otáčí a zvenčí nasávaný chladný vzduch, který se uvnitř ohřívá, postupně doplňuje svou vlhkost výparem ze stěn (Jančařík in Přibyl, Ložek, Kučera a kol. 1992). Obecně tedy lze říci, že se v jeskyních – zejména v těch s většími rozměry, u kterých lze rozlišit vnější prostředí, přechodovou zónu a jeskynní prostředí - střídají období s převažující kondenzací a období s převažujícím výparem. Zvýšení vlhkosti nebo kondenzované vlhkosti v jeskyni by tak mohlo být nejpravděpodobnější příčinou poruchy dataloggerů. V dataloggerech OM-43 jsou standardně používány lithiové knoflíkové baterie CR2032 značky Sony. Jak uvádí Hammerbauer (1996), životnost bateriových článků tohoto typu je více než 10 let, výrobce dataloggerů uvádí garantovanou dobu výdrže baterie při plném chodu cca 1 rok. Přestože je plášť baterie vyroben z ušlechtilých slitin, uvnitř jeskyní podléhá, zejména na místě styku tělesa a víčka článku, korozi. To umožňuje vnikání vody k lithiové anodě. Lithium jakožto alkalický kov – na vzduchu velmi rychle reaguje za vzniku hydroxidu lithného a vodíku, přičemž reakce je výrazně exotermická. Z důvodu vzniku produktů reakce velmi rychle klesá napětí na článku a zároveň vzniká riziko poškození přístroje, buď působením tepla, chemickým znečištěním či explozí baterie (Krehl, Takeuchi, 2000). Na všech sedmi poškozených bateriích byla pozorována jemná krusta oxidačních produktů. Další možnou poruchou je závada na vlastním dataloggeru. Kondenzovaná voda může způsobit poškození vlhkostního čidla přístroje, což by mohlo vysvětlit neočekávaný průběh měření vlhkosti u těch dataloggerů, u kterých bylo zjištěno přechodné snížení měřených hodnot z původní hodnoty (cca 100 %). Nabízí se i možnost interakce mezi postupnou oxidací pláště baterie, pozvolného poklesu jejího napětí, a tím i chybných měření vlhkoměru. K tomuto poklesu je zřejmě čidlo termistoru méně náchylné. Přímý vliv vlhkosti na termistor totiž pozorován u dataloggerů instalovaných do jeskyní nebyl, až na jednu výjimku, kdy v Jeskyni Skřítků bylo naměřeno 43,42 °C. Kromě neočekávaně vysoké teploty, která rtuťovými teploměry ani dalšími dataloggery nebyla potvrzena, došlo i k měření nápadně nízkých hodnot vlhkosti. Zdá se tedy, že selhání termistoru, pokud k němu vůbec došlo, nebude jedinou příčinou těchto naměřených hodnot. Závěr Interiérové dataloggery řady OM-Series jsou ve venkovním prostředí silně ovlivněny vzdušnou vlhkostí, především v její kondenzované podobě. Vlhkost se pravděpodobně projevuje narušením funkčnosti čidla odporového vlhkoměru natolik, že není možné naměřená data prakticky využít. Druhým negativním vlivem vlhkosti je rychlá koroze 7


lithiových baterií, která vede řádově v intervalu desítek až stovek dní k jejich nevratnému poškození, spojenému s poklesem napětí na článku, a tudíž k samovolnému ukončení kontinuálního měření. Na teplotní čidlo – termistor – neměla vlhkost pravděpodobně, až na jednu výjimku, žádný pozorovatelný vliv. Pro účely měření teplot ve vnějším prostředí proto postačí základní model řady OM-Series označovaný jako OM-41 osazený pouze teplotním čidlem. Pro eliminaci rizika poškození baterie je vhodné instalovat dataloggery ve dvojicích s periodou kontroly cca 1 měsíc a odečtu dat cca 6 měsíců. Literatura FARSKÝ I. (1999): Klimatická charakteristika. In:MACKOVČIN P., SEDLÁČEK, M. A KUNCOVÁ, J. (eds.). Chráněná území ČR I – Ústecko. str. 26–31. HADAŠ P., HYBLER V. (2003): Analýza vlastností porostního mikroklimatu lužních lesů z hlediska obnovy. ROŽNOVSKÝ J., LITSCHMAN T. (eds.): Seminář „Mikroklima porostů“, Brno, 26. března 2003, str. 133–141. HAMMERBAUER J. (1996): Elektronické napájecí zdroje a akumulátory. Skripta ZČU, Plzeň. JANČAŘÍK A. (1992): Klimatologie jeskyní. In: PŘIBYL J., LOŽEK V., KUČERA B. a kol. (1992): Základy karsologie a speleologie. Academia, Praha, 355 str. KREHL P. W., TAKEUCHI E. S. (2000): Comparative analysis of primary lithium cells. Battery Conference on Applications and Advances, 2000. The Fifteenth Annual, 01/11/20000–01/14/2000, Long Beach, CA, USA, str. 10100–107. MACHOVÁ I. (2004): Přírodovědná charakteristika agrárních valů s důrazem na flóru. Nepublik. ms., Závěrečná zpráva interního grantu, depon. in FŽP UJEP, 16 str. OMEGA ENGINEERING, INC. (2002): OM-40 Series Data Loggers (OM-41, OM-42, OM-43, OM-44), User’s Manual. Available online at http://www.omega.com, staženo 14. 10. 2008 VRÁBLÍKOVÁ J., VRÁBLÍK P., HLÁVKA M. (2004): Poznatky z obnovy území na Mostecku. Sborník na CD – Sekcia geofaktorov a životného prostredia. Mezinárodná vedecká konferenci Bioklimatické pracovné dni 2004, zmeny podnebia, extrémy počasia, organizmy a ekosystémy, 23.–26. 8. 2004, Viničky, Slovenská rep., 10 str.

8


100 % 75 % 50 % 25 %

08/16/08

07/16/08

06/15/08

05/15/08

04/14/08

03/14/08

02/12/08

01/12/08

12/12/07

11/11/07

10/11/07

09/10/07

08/10/07

0%

Obr. 1 Křivka záznamu vlhkostního čidla dataloggeru č. 3. v Loupežnické jeskyni

100 % 75 % 50 % 25 %

5_LJ_8_VENK

08/06/08

07/06/08

06/05/08

05/05/08

04/04/08

09/06/08

7_LJ_7_VENK

0%

Obr. 2 Srovnání záznamů vlhkostních čidel v dataloggerech č. 5. a 7. v Loupežnické jeskyni.

9


ROZSAH ZMIEN VODNÉHO REŽIMU PR CHYNORIANSKY LUH A MOŽNOSTI JEHO OPTIMALIZÁCIE EXTENT OF WATER REGIME ALTERATIONS IN THE NR CHYNORIANSKY LUH AND POSSIBILITIES OF ITS OPTIMISATION 1

Ján KUKLA, 1Margita KUKLOVÁ, 2Jaroslav KONTRIŠ, 3Oľga KONTRIŠOVÁ 1

2

Ústav ekológie lesa, Štúrova 2, 960 53 Zvolen, [email protected], [email protected] Lesnícka fakulta Technickej univerzity T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, [email protected] 3 Fakulta ekológie a envirinmentiky Technickej univerzity T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, [email protected],

Abstrakt Vyhodnotili sa základné ekologické vlastnosti pôd (zrnitosť, obsah sušiny, hygroskopickej vody, humusu, karbonátov a reakcia) lesných ekosystémov Prírodnej rezervácie Chynoriansky luh, ktorá je situovaná uprostred intenzívne obhospodarovanej poľnohospodárskej krajiny. Posúdil sa rozsah zmien vodného režimu tejto rezervácie, ako aj okolitej Bebravskej nivy, vyvolaný hydromelioračnými úpravami poľnohospodárskych pozemkov a navrhli sa štyri varianty jeho optimalizácie. Abstract The basic ecological properties of soils (particle-size distribution, content of dry matter, hygroscopic water, humus, carbonates and soil reaction) were evaluated in forest ecosystems of the Nature reserve Chynoriansky luh situated in the middle of intensively managed agricultural landscape. The extent of water regime alterations of the reserve as well as surrounding Bebravská niva floodplane caused by hydrotechnical melioration of agricultural land was also evaluated and the four variants of its optimisation were proposed. Kľúčové slová: fluvizem, ekologické vlastnosti pôd, vodný režim, hydromeliorácia pozemkov, optimalizácia Keywords: fluvisol, soil-ecological properties, hydrotechnical melioration, water regimen, optimisation Úvod Prírodná rezervácia Chynoriansky luh je jedným z posledných relatívne menej narušených fragmentov lužného lesa v oblasti západného Slovenska. Nachádza sa v katastrálnom území obce Chynorany (CHKO Ponitrie) na ploche 46,2592 ha, v teplej klimatickej oblasti (teplý, mierne vlhký klimatický obvod s chladnou zimou). Vyhlásená bola rozhodnutím MK SR č. 3236/1981-32 zo dňa 30. 6. 1981. Reprezentuje vzácne biotopy tvrdého lužného lesa, ktoré spolu s kotlinovými spoločenstvami patria k najmenej poznaným spoločenstvám. Vyhláškou KÚŽP v Trenčíne č. 2/2004, zo dňa 1. 10. 2004, bol tento významný biotop rastlinstva a živočíšstva, najmä vtáctva, zaradený do 4. stupňa ochrany. Nedostatok poznatkov o stave a vývoji tejto prírodnej rezervácie viedol k iniciovaniu podrobnejšieho výskumu, cieľom ktorého bolo získať relevantné podklady pre návrh jej revitalizácie, manažmentu a v konečnom dôsledku i jej zachovanie. 10


Metodika V chránenom území boli v roku 1997 vybrané tri geobiocenologické monitorovacie plochy (MP1 až MP 3), na ktorých sa zaznamenali makromorfologické charakteristiky pôd a odobrali pôdne vzorky. Pôdne vzorky boli vysušené na vzduchu a preosiate cez sito s veľkosťou otvorov 2x2 mm. Hodnoty aktívnej a výmennej reakcie (pomer jemnozeme k vode a 1 M KCl 1:2,5) sa určili pomocou sklenej a kalomelovej elektródy digitálneho pH-metra, typ 08211/1 Radelkis, obsah sušiny a hygroskopickej vody gravimetricky a obsah uhlíka oxidimetricky, podľa Ťurina (Šály, Ciesarik 1991). Zrnitostné zloženie pôd sa stanovilo pomocou laserového analyzátora (FRITSCH analysette 22) za použitia hexametafosforečnanu sodného a ultrazvuku. Názvy pôd sú uvedené v zmysle (Kolektívu, 2000). Pohyb hladiny podzemnej vody sa v približne 10 dňových intervaloch sledoval v hydrologickej sonde založenej na ploche 1. Výsledky a diskusia Územie PR je budované pleistocénnymi štrkopieskami, na ktoré boli v období holocénu uložené zrnitostne ťažké ílovité sedimenty prinesené potokom Hydina a riekou Bebrava. Celková hrúbka naplavených ílov dosahuje 2 až 3 m. Vyrovnávajú povrch Bebranskej nivy, ktorá je časťou geomorfologického podcelku Nitrianska niva a celku Podunajská pahorkatina (Supuka a kol., 1997). Fluvizem glejová karbonátová, ktorá sa z nich vytvorila, je produkčná pôda umožňujúca optimálny rast lesných porastov. Hodnoty aktívnej reakcie jej vrchných vrstiev sa pohybujú v rozpätí pHH2O 6,4–6,9, t.j. v mierne kyslom až neutrálnom intervale (Kuklová, Kukla, 2006). Indikujú prítomnosť heminitrofilného medziradu geobiocénov, limitovaného rozpätím pHH2O 6,0–7,2 vo vrchných 5 cm pôdy (Kukla, 1993). V dôsledku prítomnosti malého množstva karbonátov (do 1,5 %) sa reakcia pôdy zvyšuje a v hĺbke 80–120 cm sa stáva mierne alkalickou. Priaznivý priebeh nitrifikácie je podmienený rozkladom odumretých organických látok bohatých na bázicky pôsobiace zložky, ktoré produkujú najmä hojne zastúpené cenné listnáče (jasene, javory, bresty a lipy). Významnú úlohu môže zohrávať aj hnojenie okolitých poľnohospodárskych pozemkov. Pôdy PR majú extrémne vysoké zastúpenie ílovej frakcie a veľmi nízky obsah jemného i hrubého piesku. Maximálny obsah fyzikálneho ílu (40–63 %) má pôda na MP 3, kde jeho obsah vzrastá až do hĺbky 50–70 cm, podobne ako na MP 1 (obr. 1). S obsahom pôdneho ílu a humusu, obsah ktorého sa v A horizontoch pôd pohybuje v rozpätí 3,2–4,2 %, úzko súvisí obsah sušiny a hygroskopickej vody, hodnoty ktorých dosahujú 94–96 %, resp. 3–5 %. Podstatná časť ílovej vrstvy je v dôsledku občasného alebo trvalého nedostatku vzduchu zasiahnutá rôzne intenzívnymi oxidačno-redukčnými procesmi. Tieto sa začínajú prejavovať už v hĺbke 50 cm (Kuklová, Kukla, 2006).

11


Edaficko-hydrický charakter PR Chynoriansky luh závisel pôvodne najmä od vývoja vodných stavov v koryte rieky Bebrava v koryte potoka Hydina. Jej pôdy boli zamokrované podzemnou vodou, hladina ktorej vystupovala v období záplav až k pôdnemu povrchu a do ramien potoka Hydina pretekajúceho pôvodne v blízkosti Z okraja PR (obr. 1). K podstatnej zmene vodného režimu došlo po odlesnení Bebravskej nivy. Zrýchlil sa odtok záplavových vôd, pohyb ľadových krýh, znížila sa celková transpirácia nelesnej vegetácie a zvýšilo sa rozkolísanie ich vodných stavov. Ďalšie zmeny vodného režimu Bebravskej nivy súvisia s hydromelioračnými úpravami pozemkov, ktoré sa v obci Rybany začali realizovať už v roku 1930 (Bodnár, J. a kol., 1984). Na leteckých snímkach z roku 1949 vidieť už medzi obcami Rajčany, Nadlice a Livina, situovanými na S od obce Chynorany, upravené koryto rieky Bebrava a koryto potoka Hydina skrátené o 6 km. V súčasnosti sú vody z okolitých poľnohospodárskych pozemkov odvádzané rúrkovou drenážou do Rybianskeho kanálu vedeného Z okrajom PR. Melioračný kanál je zásobovaný podzemnou vodou a vodou z drenážnych sústav, nie vodou z potoka Hydina, alebo Pravotického potoka, ako sa pôvodne predpokladalo. Dno kanála sa nachádza v hĺbke 1,5 m až 1,8 m pod terénom, teda na úrovni hladiny podzemnej vody.

S MP 3 2380 2379

MP MP 32

PR Chynoriansky luh

2378

pot rub ie

MP 1

i ub tr o p

e

Chynorany

Obr. 1. Rozloženie monitorovacích plôch a návrh hydrotechnických úprav.

12


V roku 1998 sa hĺbka hladiny podzemnej vody na MP 1 pohybovala v rozpätí 1,69–2,33 m a najbližšie k povrchu pôdy bola v apríli a v prvej dekáde mája. Neskôr hladina podzemnej vody postupne klesala a opäť začala vzrastať až po výdatných zrážkach v období septembra a októbra. Obnova pôvodného vodného režimu PR Chynoriansky luh je relatívne komplikovaná a do detailov ju prakticky nemožno uskutočniť najmä preto, lebo by sa museli rekonštruovať pôvodné línie vodných tokov a zalesniť všetky okolité poľnohospodárske pozemky, keďže na nich pôvodne rástli kompaktné lesy spomaľujúce odtok záplavových vôd. Slepé ramená hlbšie ako 0,5 m sú na území PR prakticky len dve. Horné rameno nachádzajúce sa v najsevernejšej časti PR, do ktorej vstupuje na hranici dielcov 2 378 a 2 380, je hlboké asi 1 m (obr. 1). V lesnom poraste sa najprv kľukatí JZ smerom, potom sa otáča na ZSZ a k derivačnému kanálu sa približuje vo vzdialenosti 270 m od najsevernejšieho bodu PR Od vôd Rybianskeho kanála je na SV strane PR izolované ornou pôdou, na SZ strane zemnou hrádzou. Hlavné, najdlhšie rameno prechádza najprv v strede dielca 2 380 od Rybianskeho kanála na VJV, a je spočiatku hlboké len asi 0,6 m. Približne po 180 m sa prudko otáča na J a jeho hĺbka náhle vzrastá na hodnotu 1,3 m. Južným smerom sa kľukatí až k dielcu 2 378, lemuje jeho JV okraj a končí pri lesnej ceste. V poslednom úseku (pri JV okraji dielca 2 378) bolo toto rameno umele prehĺbené približne do hĺbky 1,8–2,0 m a vykopaný materiál je v súčasnosti uložený po obidvoch stranách ramena vo forme zemných valov. Pôvodne toto rameno pokračovalo cez v súčasnosti orané pozemky ďalej na juh a pod PR sa opäť spojilo s korytom potoka Hydina. Ostatné ramená potoka Hydiny vyskytujúce sa najmä v J a SV časti PR sú kratšie a plytšie ako 0,5 m. Zapĺňali sa len sporadicky, pri väčšom zdvihu hladiny podzemnej vody, príp. v období krátkodobých záplav. Z teoretického hľadiska prichádzajú do úvahy dva hlavné spôsoby optimalizácie vodného režimu PR Chynoriansky luh – prírode blízky, autoregulačný, alebo subjektívne riadený pomocou technických zariadení (stavidiel). Prvý variant regulácie vodného režimu PR rešpektuje terajší stav vodohospodárskych úprav Bebravskej nivy a od ostatných variantov sa líši najmä tým, že sa v ňom s obnovou funkcie časti pôvodného koryta potoka Hydina neuvažuje. Zásobovanie prahmi od Rybianskeho kanála oddeleného horného a hlavného ramena potoka Hydiny by sa zabezpečovalo pomocou stavidla vybudovaného pri odbočke hlavného ramena potoka Hydina na Rybianskom kanáli (obr. 1. V tomto a nasledujúcom variante by sa vzhľadom sa možný letný nedostatok kanálom pretekajúcej vody dalo uvažovať i s vybudovaním ďalšieho stavidla, ktorým by sa do kanála privádzala voda z potoka Hydina. Avšak nadmerným letným zavodňovaním ramennej sústavy PR by sa ľahko mohli vytvoriť podmienky utlmujúce prirodzené sezónne rozkolísanie vodného režimu pôd PR. Druhý, technicky zložitejší a z hľadiska jednorázových finančných výdavkov nákladnejší variant úpravy vodného režimu PR spočíva v obnove pôvodného koryta potoka Hydina pozdĺž celého Z okraja PR Chynoriansky luh (obr. 1). Rybiansky kanál, ktorý sa v S polovici PR dotýka lesných porastov by sa v tomto pripade presunul smerom na Z, čím sa od obnoveného koryta potoka Hydina odizoluje a môže naďalej plniť svoju hydromelioračnú funkciu. Tá bude v prípade, že sa voda nebude prečerpávať, krátkodobo narušená len počas uzatvorenia stavidla, ktorým sa do izolovaného systému obnovenej časti pôvodného koryta potoka Hydina a jej ramien bude z Rybianskeho kanála periodicky napúšťať potrebné množstvo vody cez asi 1 m vysoký prah. Funkčnosť horného ramena potoka Hydina (hlbokého 1,6 m) sa dosiahne ihneď, po prekopaní asi 3-4 m širokej hrádze, ktorá ho v súčasnosti izoluje od vôd Rybianskeho kanála. Do hlavného ramena sa voda preleje vtedy, keď sa hladina vody v obnovenom koryte potoka Hydina zdvihne nad úroveň dna jeho ramena, ktoré je len asi 0,6 m pod povrchom pôdy. Rovnomernejšie 13


rozdelenie vody v hlavnom ramene potoka Hydina možno dosiahnuť vybudovaním troch rozdeľovacích prahov, a to na začiatku ramena (dno v hĺbke 0,6 m), vo vzdialenosti 180 m od Z okraja PR (dno v hĺbke 1,6 m) a pri V okraji PR (dno v hĺbke 2 m). Hlavným nedostatkom prvého a druhého variantu úpravy vodného režimu PR je, že voda slepými ramenami potoka Hydina môže pretekať len pri ich napúšťaní. Neskôr bude stagnovať a pravdepodobne len pomaly presakovať do okolitej ílovitej pôdy, najmä do hĺbky väčšej ako 50–60 cm, pod ktorou je profil fluvizeme oglejený. Dlhodobé zaplavenie obidvoch ramien proces oglejenia okolitej, vodou nasýtenej pôdy ešte viac zosilní. Návrh a praktická realizácia týchto technických úprav vodného režimu PR sa tiež nezaobíde bez výsledkov presného situačného a spádového zamerania slepých ramien potoka Hydina, príp. aj tachymetrického zamerania terénu PR. Tretí variant obnovy kvázi prirodzeného hydrického režimu PR spočíva v obnovení pôvodného koryta potoka Hydina, v odvedení jeho vôd do Rybianskeho kanála a v zaústení hlavného ramena potoka do Rybianskeho kanála (obr. 1). Nevýhoda aplikácie uvedeného autoregulačného postupu spočíva v nutnom poklese poľnohospodárskej produkcie na okolitých, znovu zamokrených, príp. občas i zaplavovaných pozemkoch. Štvrtý variant vyššie uvedené nedostatky minimalizuje. V súlade s ním by sa všetka voda potoka Hydina privádzala nepriepustným potrubím, príp. otvoreným kanálom s izolovaným dnom, do obnoveného (v zmysle druhého variantu koryta potoka Hydiny (Rybiansky kanál by sa presunul na Z) a prebytočná voda by sa druhým potrubím odvádzala do rieky Bebrava. Pri tomto variante sa voda z koryta potoka Hydina bude do horného ramena vlievať ihneď (po prekopaní 3–4 m hrádze), zatiaľ čo cez hlavné rameno potoka Hydina, spojené prostredníctvom nepriepustného potrubia s potrubím odvádzajúcim prebytočnú vodu z PR, bude voda pretekať len pri sezónne vyšších prietokoch potoka Hydina, keď jej hladina nebude hlbšie ako 0,6 m pod povrchom terénu. Voda sa bude pohybovať samospádom, preto odpadá nutnosť subjektívneho usmerňovania jej toku prostredníctvom stavidiel. Záver Prírodná rezervácia Chynoranský luh reprezentuje pomerne jednotný segment prirodzene suchších ekosystémov lužného lesa, ktoré boli povrchovou vodou zaplavované len sporadicky a krátkodobo. Jej hodnota spočíva najmä v tom, že ide o jeden z posledných zvyškov pôvodne súvislých lužných lesov patriacich do podskupiny typov geobiocénov Ulmeto-fraxinetum carpineum. Prvý komplexnejší výskum tejto PR umožnil posúdiť ekologické vlastnosti jej pôd, rozsah edaficko-hydrických zmien jej ekotopu a možnosti optimalizácie jej vodného režimu. Zlepšenie hydrického režimu geobiocenóz PR je žiadúce a možno ho realizovať za predpokladu, že potreba ochrany posledných zachovalých zvyškov lesnej krajiny získa prioritu pred snahou o intenzifikáciu výroby na okolitých poľnohospodárskych pozemkoch. Možnosť trvalého zachovania prírodného charakteru lužného lesa závisí od intenzity vonkajších vplyvov, narúšajúcich jeho zložky. Ich štúdium je zároveň aj štúdiom autoregulačnej schopnosti prírody. Preto si PR Chynoriansky luh, ako jedno z posledných významnejších útočísk lesného rastlinstva a živočíšstva v poľnohospodárskej krajine zasluhuje náležitú pozornosť. Poďakovanie Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy APVV-0102-06 a Vedeckou grantovou agentúrou MŠ SR a SAV (GP 2/7161/27 a 1/3518/06). 14


Literatúra BODNÁR, J. a kol. (1984) Zúrodňovanie pôdy na Slovensku. ŠMS Bratislava, 129 s. Kolektív (2000) Morfogenetický klasifikačný systém pôd Slovenska. Bazálna referenčná taxonómia. ES VÚPOP Bratislava, 76 s. KUKLA J. (1993) The direct determination of the geobiocen edaphic-trophic orders and interorders. Ekológia (Bratislava), Vol. 12, No. 4, p. 373–385. KUKLOVÁ, M., KUKLA J. (2006) Natural Reserve Chynoriansky luh floodpain, its ecology and biometry of dominant herb species. Ekológia (Bratislava), Vol. 25, No. 4, p. 341–351. Supuka a kol. (1997) Revitalizácia a zachovanie prírodnej rezervácie Chynoriansky luh. Environmentálny projekt MŽP SR č. 842/96-4.1. Záverečná správa, ÚEL SAV Zvolen, 97 s. (+ prílohy). ŠÁLY, R., CIESARIK, M. (1991) Pedológia. Návody na cvičenia. TU Zvolen, 123 s.

15


ANALÝZA VEGETÁCIE PRÍMESTSKEJ ZÓNY ZVOLEN – LANICE A JEJ REVITALIZÁCIA THE VEGETATION ANALYSIS OF SUBURBAN ZONE ZVOLEN – LANICE AND ITS REVITALISATION 1

Jaroslav KONTRIŠ, 2Oľga KONTRIŠOVÁ, 3Ján KUKLA, 3Margita KUKLOVÁ 1

Lesnícka fakulta Technickej univerzity, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika, [email protected] 2 Fakulta ekológie a environmentalistiky Technickej univerzity, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika, [email protected] 3 Ústav ekológie lesa, Štúrova 2, 960 53 Zvolen, Slovenská republika, [email protected], [email protected]

Abstrakt V predloženej práci sú hodnotené vegetačné prvky (prírodné lesy, nepôvodné lesy, kriačiny, stromoradia, travinno-bylinné porasty a synantropná vegetácia) a pôdne pomery prímestskej zóny Zvolen – Lanice a Tepličky. Na základe analýzy a syntézy hodnotených prvkov boli vypracované odporúčania pre jej revitalizáciu. Abstract In the paper are evaluated the vegetation elements (original and non – original forests, shrub stands, tree-lined avenues, grass-herb stands and synanthropic vegetation) as well as the soil forms of the suburban zone Zvolen – Lanice and Tepličky. The recommends for its revitalisation were done on the basis of the analysis and synthesis of upper mentioned elements. Kľúčové slová: prímestská zóna, Zvolen, revitalizácia, vegetácia Keywords: suburban zone, Zvolen, revitalisation, vegetatin Úvod Výstavba periférnej časti Zvolena „Západ – Tepličky“ ovplyvnila tak charakter, ako aj vývoj a využitie priľahlého územia Lanice a nezastavanej časti Tepličiek. V týchto súvislostiach sa po dostavbe sídliska dostala do popredia najmä otázka, akým spôsobom je toto územie možné využívať, alebo perspektívne využívať tak, aby slúžilo obyvateľstvu za súčasného zachovania a sčasti aj revitalizácie jeho prírodných daností. Prvé urbanistické návrhy boli predložené v roku 1991. Po rekultivácii najväčších antropogénnych záťaží, ako boli skládky stavebného materiálu sa v nových sociálno-ekonomických podmienkach využívali pre športovo-rekreačnú činnosť len niektoré časti v bezprostrednej blízkosti sídliska. V ostatných častiach vývoj prebiehal spontánne, čo sa prejavilo najmä v synantropizácii vegetačnej zložky. V súčasnosti je preto aktuálna požiadavka analyzovať vegetáciu ako integrujúcu zložku prírodného prostredia a na základe toho navrhnúť postup revitalizácie, resp. využívania tohto územia. Prírodné pomery Lanice a Tepličky sa nachádzajú na pleistocénnych terasách budovaných kremitými štrkovo-piesočnatými usadeninami, na ktorých v priebehu holocénu sedimentoval jemnejší 16


hlinitopiesočnatý až ílovitý materiál. Je to najnižšie položená ľavobrežná terasa Hrona nachádzajúca sa na jeho sútoku s riekou Slatina. Aluviálne sedimenty majú hrúbku 90 cm. V súčasnosti nie je toto územie periodicky zaplavované. Pre klímu je charakteriastické dlhé suché a teplé leto, teplá až mierne teplá jar a jeseň, mierna až mierne chladná a krátka zima. Pôvodnou prirodzenou vegetáciou boli lužné lesy nížinné z podzväzu Ulmenion. Podľa lesníckej typológie tu boli pôvodnými skupinami lesných typov porasty Quercetea roboris superiora, Quercetea roboris – Aceris superiora, Alneta superiora, resp. Fraxini – Alneta superiora a Salici fragilis – Alneta inferiora. Metodika Fytocenologická analýza a syntéza vegetácie bola robená podľa zásad Zűrišskomontpellierskej školy (Moravec et al., 1994). Názvy syntaxónov sú uvádzané podľa Mucinu, Maglockého et al. (1985), názvy taxónov rastlinných populácií podľa Marholda, Hindáka et al. (1998), typizácia a mapovanie biotopov podľa Ružičkovej et al. (1996), pedologický výskum a pôdna typológia sú uvedené podľa zásad publikovaných v Morfogenetickom klasifikačnom systéme pôd Slovenska (Šály et al., 2000). Topografickým podkladom bola satelitná ortofotomapa Zvolena. Vegetácia bola hodnotená na základe 37 fytocenologických zápisov urobených v letnom aspekte v roku 2007 a pôdne pomery na základe morfologicko – stratigrafických charakteristík a chemických vlastností siedmich pôdnych sond. Výsledky a diskusia Charakteristika vegetačných prvkov Zdravotný stav lesných porastov, ako aj stromoradí topoľov a vŕb nie je vyhovujúci, pretože veľká časť drevín je napadnutá červenou hnilobou, ktorú spôsobuje huba Leatiporus selphureus. Vŕby okrem toho trpia bielou vláknitou hnilobou spôsobenou hubami Phelinus igniarius a Daedaleopsis confragosa. Zároveň sú však tieto porasty významné z hľadiska výskytu vtáčích druhov, z ktorých tu hniezdi až 55 populácií. Vegetačné prvky lokality Zvolen-Lanice 2 sú znázornené na obr. 1 Prírodné lesy Lužné lesy vŕbovo-topoľové (as. Saliceto-Populetum) V pravom slova zmysle nejde o stabilizované lesy, ale o porasty, kde sú na malom priestore (0,5–1 ha) zastúpené takmer všetky vývojové štádiá spontánneho osídľovania. Dominuje Salix fragilis, S. alba (40–60 %). Subdominantné sú Populus nigra, P. alba, občas sa vyskytuje Alnus glutinosa (±10 %). V krovinnej vrstve sú najčastejšie Sambucus nigra (±40–%), Padus racemosa (10–40 %), Swida sanquinea (±5 %). Vyskytujú sa v mŕtvych ramenách Hrona a štrkoviskách s vysokou hladinou podzemnej vody. Podľa fyziognómie, stanovištných pomerov a vývoja sa diferencujú na: a) Porasty blízke pôvodným lužným lesom, b) Porasty degradované, c) Porasty v sekundárnom sukcesnom štádiu. Nepôvodné lesy Porasty agáta bieleho (as. Chelidonio-Robinietum) Patria k ojedinelým spoločenstvám, hoci sa agát vyskytuje pravidelne ako vtrúsená drevina v rôznych sukcesných štádiách. Robinia pseudoacacia má monodominantné postavenie. Krovinové poschodie je slabo vyvinuté, v bylinnom poschodí prevládajú tak ako aj 17


v typických lužných lesoch nitrofilné druhy Rubus caesius, Urtica dioica. Pôdnym substrátom je rumovisková navážka na fluvizemiach.

Obr. 1 Vegetačné prvky lakality Zvolen – Lanice 2 Kriačiny Trnkové kriačiny (as. Ligustro-Prunetum) Zachovali sa ojedinele na svahoch riečnych terás a na medziach zaniknutých polí. Tvoria nepreniknuteľne husté 2–3 m široké a niekoľko metrov dlhé líniové formy, v ktorých 18


prakticky nie je vyvinutá bylinná vrstva. Miestami sa vyskytujú prerastavé ovocné stromy a dreviny tvrdého lužného lesa. Chabzdové kriačiny (zväz Sambucion ebuli) Sporadicky sa vyskytuje na organozemných navážkach. Typická pre ne je vysoká hustota chabzdy a malá prítomnosť ostatných bylín. Porasty sú vysoké 1–2 m. Vŕbové kriačiny (zväz Salicion triandrae) Vyskytujú sa vo forme sukcesných štádií na okrajoch vŕbovo-topoľových lesov. Spravidla dominuje Salix purpurea, prítomné sú aj ostatné druhy vŕb mäkkého lužného lesa. Bylinný podrast tvoria spravidla trávy z rodu Agrostis, Poa, Festuca. Konsorcie sú zastúpené solitérnymi druhmi Salix purpurea, S. fragilis, S. alba. Z vývojového hľadiska predstavujú prvú etapu osídľovania trávinno-bylinných formácií. Stromoradia Vysádzané boli na päte hrádze prívodného kanála elektrárne a na medziach oraných poľnohospodárskych plôch. Diferencované sú podľa prevládajúcej dreviny na: a) stromoradia topoľa čierneho, b) stromoradia jelše lepkavej, c) stromoradia vŕby krehkej v kombinácii s podrastom mezofilných lúk (Arrhenatheretum elatioris), alebo lemových, resp. plášťových spoločenstiev, ojedinele konsorcie Populus deltoides x P. nigra (P. x canadensis) v kombinácii so Salix fragilis a Salix alba. Travinno-bylinné porasty Mezotrofné lúčne porasty (rad Arrhenatheretalia) Pravidelne kosené lúčne porasty rozšírené na terasách hrádzí vodných tokov. Dominujú Arrhenatherum elatius, Dactylis glomerata, Poa pratensis. Porasty vysokostebelných ostríc (zväz Magnocaricion elatae) Monodominantné porasty s Carex acutiformis osídľujú stanovištia periodicky zaplavované podzemnou vodou. Porasty chrastnice trsťovníkovitej (zväz Phalaridion arundinaceae) Phalaroides arundinacea vytvára typické husté porasty s ojedinelým výskytom vlhkomilných druhov. Osídľuje spravidla brehy v bezprostrednej blízkosti vodných tokov, alebo stanovištia s vysokou hladinou podzemnej vody. Synatropné travinno-bylinné porasty Porasty zlatobyľa (spoločenstvo so Solidago canadensis) Tvorí husté, ale dostatočne svetlé porasty v ktorých sa vyskytuje pomerne veľa svetlomilných druhov z ovsíkových lúčnych porastov, ako Poa trivialis, P. pratensis, Elytrigia repens. Osídľuje rôzne depresie, štrkoviská, aj opustené poľnohospodárske pôdy. V tejto oblasti patrí medzi najrozšírenejšie synantropné spoločenstvá. Porasty krídlatky japonskej (spoločenstvo s Fallopia japonica) Vytvára 2–3 m vysoké porasty na plochách 10–20 m2, s nízkou druhovou pestrosťou. Patrí medzi ojedinelé spoločenstvá. Porasty slnečnice hľuznatej (spoločenstvo s Helianthus tuberosus) Spontánne osídľuje humózne depóniá, poľnohospodárske neúžitky a opustené polia. Podľa rozlohy je to druhé najviac rozšírené spoločenstvo. Porasty smlza patrstinového ( spoločenstvo s Calamagrostis pseudophragmites) Tvorí rozvoľnené porasty, do ktorých prenikajú dominantné synantropné druhy a trávy. Osídľuje ťažké, hlinito-štrkovité navážky a štrkové opusteniská. Ruderálne travinno-bylinné porasty (zväz Convolvulo-Agropyrion repentis) Osídľuje rovinné formy reliéfu spravidla jedenkrát ročne kosené. Porasty nie sú homogénne, vyskytujú sa v nich vo forme malých porastov aj spoločenstvá ostatných synantropných druhov v porastoch prevládajú trávy, časté sú Tanacetum vulgare, Convolvulus arvensis, Arctium lappa a Artemisia vulgaris. 19


Pôdne pomery Záujmové územie nie je v súčasnosti zaplavované. Hladina podzemnej vody kolíše v zóne štrkopieskov a povrch vystupuje iba v blízkosti vodného kanála. Staré aluviálne sedimenty majú hnedú až hnedožltú farbu. V dôsledku oglejenia spodnej časti profilu nadobúdajú znaky pseudoglejového typu pôd. Z hľadiska pedogenézy môžeme preto prevažnú časť pôd zaradiť k subtypu fluvizemi kambizemnej pseudoglejovej. V blízkosti kanála, ktorý je vybudovaný nad nivou Hrona sa v dôsledku presakovania vody vytvoril asi 20 m široký pás glejových pôd fluvizemných. Na plochách, ktoré sú, resp. boli poľnohospodársky využívané, vznikli fluvizeme kultizemné. Na navážkach rôzneho charakteru sa nachádzajú andozeme modálne a rankrové, resp. kambizeme andozemné. Odporúčania pre revitalizáciu Lužné lesy prírode blízke ponechať aj napriek nepriaznivejšiemu zdravotnému stavu prestarnutých jedincov stromového poschodia na prirodzený vývoj. Ich funkciou by malo byť biocentrum so zámerom ochrany pôvodných prirodzených vŕbovo-topoľových lužných lesov a ochrana životného prostredia vtáčích populácií. Z hľadiska kultúrno-spoločenského sú vhodné ako študijné plochy a náučné chodníky. Dreviny stromového poschodia degradovaných lužných lesov sú takmer všetky napadnuté červenou, alebo bielou vláknitou hnilobou. V týchto porastoch je preto nevyhnutný sanitárny výrub. Vzhľadom na trvalý pokles hladiny podzemnej vody je nutná aj postupná premena týchto porastov mäkkého lužného lesa na porasty charakteru tvrdého lužného lesa. Ich kostrou by mal byť Quercus robur, resp. Quercus pedunculiflora. Ostatné dreviny a dreviny tvrdého lužného lesa, ako Carpinus betulus, Fraxinus excelsior, Ulmus laevis, U. scabra, Acer pseudoplatanus, A. platanoides, A. campestre, Tilia cordata, Prunus avium, Sobus aucuparia, atď. by mali byť do týchto porastov primiešané buď jednotlivo, alebo v malých skupinkách. Lužné lesy v sukcesnom štádiu vznikajú spravidla na miestach s pseudoglejovým subtypom fluvizemí, resp. na glejových pôdach luvizemných. Vývojove smerujú k lužným lesom prirodzeným. Ich zdravotný stav vzhľadom na vek porastov je priaznivý, podobne ako aj floristické zloženie, preto je vhodné tieto porasty ponechať na prirodzený vývoj a využívať ich ako študijné plochy pre výskum sekundárnej sukcesie. Topoľové, ako aj vŕbové stromoradia sú prestárnuté, jedince sú často napadnuté hubovými chorobami, nachádzajú sa prevažne v blízkosti chodníkov, kde je predpoklad ohrozenia návštevníkov padajúcimi konármi, resp. vývratmi. Podobne ako aj v prípade lužných lesov degradovaných, bude nutná ich postupná premena na stromoradia s drevinami tvrdého lužného lesa. Agátové lesy ako cudzí element svojou fyziognómiou najmä v jarných mesiacoch zvyšujú diverzitu a atraktívnosť tohto územia, preto by bolo vhodné tieto porasty ponechať v súčasnom stave bez zásahu. Medzi vzácne a ohrozené biotopy patria mokrade zastúpené na tomto území porastami s Carex acutiformis a čiastočne s Phalaroides arundinacea. Tieto porasty slúžia ako jediné vhodné bitopy pre hniezdenie vodnej pernatej zveriny. Za účelom ich zachovania je nutné z týchto porastov odstraňovať pravidelne nálet stromov a kríkov. Porasty slnečnice hľuznatej, ktoré sú rozšírené na násype a vedľa násypu odpadového kanála je nutné za účelom maskovania a vytvorenia biokoridoru asanovať a na ich mieste vysadiť stromoradie, resp. súvislý lesný pás z druhov tvrdého lužného lesa. Lokalita Lanice a Tepličky ponúkajú rozsiahle možnosti sadovníckych úprav. Voľné plochy, resp. biokoridory možno vysadiť druhmi tvrdého lužného lesa, z ihličnanov možno za tým účelom využiť Pinus sylvestris, P. nigra, P. strobus, Taxus baccata, Juniperus 20


communis. Systém novovybudovaných biokoridorov má spájať navzájom biocentrá. Ich súčasťou majú byť aj krovinné formácie. Mesto Zvolen nemá prímestský park, ani prímestskú rekreačno-športovú zónu. Je preto predpoklad, že toto územie bude v budúcnosti využívané najmä na túto činnosť. Vznikne zrejme sieť komunikácií rôzneho typu, športoviská a pod., ktoré sa vhodným osadením drevinami dajú zapojiť do systému biokoridorov. Pre ne sú vhodné najmä biotopy osídlené Solidago gigantea, Convolvulo-Agropyrion repentis, Arrhenatheretalia a čiastočne biotopy s Helianthus tuberosus. Záver Z uvedeného je zrejmé, že pri revitalizácii tejto zóny dôjde vzhľadom na jej predpokladané športovo-rekreačné využívanie k stretu záujmov ochrany prírody, revitalizácie a záujmov spoločnosti, ktoré sa budú podieľať na výstavbe a prevadzke zariadení. Pri presadzovaní návrhov by sa malo vychádzať zo zásady zachovania a aktívneho pretvárania súčasnej vegetácie, ako aj jej ďalšie rozširovanie na vhodné plochy. Cieľom týchto snáh má byť vytvorenie tzv. „green country“, ktorá by do budúcnosti perspektívne ponúkala široké možnosti oddychu, rekreácie a zároveň zabezpečovala vysokú diverzitu a stabilitu prírodného prostredia. Poďakovanie Táto práca bola podporovaná Vedeckou grantovou agentúrou MŠ SR a SAV (GP 1/3518/06 a 2/7161/27 ) a Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy APVV-0102-06 Literatúra MARHOLD K., HINDÁK F. (eds.) (1998) Zoznam nižších a vyšších rastlín Slovenska. Veda SAV, Bratislava, 697 pp. MORAVEC J. et al. (1994) Fytocenologie. Academia AVČR Praha, 402 pp. MUCINA L., MAGLOCKÝ Š. (eds.) (1985) A list of vegetation units of Slovakia. Documents phytosociologiques, Camerino, Vol. 9, pp.175–220. RUŽIČKOVÁ H., HALADA Ľ., JEDLIČKA L., KALIVODOVÁ E. (eds.) (1996) Biotopy Slovenska. Príručka k mapovaniu a katalóg biotopov. (2.Vydanie), Ústav krajinnej ekológie SAV, Bratislava, 192 pp. ŠÁLY R. et al. (2000) Morfogenetický klasifikačný systém pôd Slovenska. VÚPOP Bratislava, 74 pp.

21


SPOLUSPALOVÁNÍ BIOMASY V ELEKTRÁRNÁCH A TEPLÁRNÁCH COMBUSTION OF BIOMASS AT THE POWER STATIONS AND HEATING PLANTS Helena SOUČKOVÁ Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, Ústí nad Labem, 400 96, Česká republika, [email protected]

Abstrakt Ke zvýšení výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie se Česká republika zavázala v Přístupové smlouvě k EU. Cílem je dosažení 8% podílu elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie na hrubé spotřebě elektřiny v ČR v roce 2010. Jsou uvedeny podniky ČEZ a.s. Hodonín, Tisová, Pořičí, Ledvice a teplárna Dvůr Králové, kde se spaluje uhlí s biomasou. Výroba elektřiny z biomasy se meziročně zvýšila o 52 %. V závěru je uvedena nákladová rovnice pro výpočet nákladovosti, respektující dotace zemědělské a energetické pro šťovík krmný. Abstract The Czech Republic committed itself to increase the share of electricity produced from renewable sources of energy under the Treaty of Accession. The Treaty envisages to achieve the target of 8% share of electricity produced from renewable sources of energy in the gross consumption of electricity in the Czech Republic by 2010. There are enterprises CEZ, stock company Hodonín, Tisová, Pořičí, Ledvice and heating plant Dvůr Králové, where they combust coal with biomass. Production of electricity increased in 52 % interannual. In conclusion, the author pays attention to cost equation for calculation costs respecting agricultural and energy subsidies for Rumex sp. Klíčová slova: biopaliva, biomasa, obnovitelné zdroje energie Keywords: biofuels, biomass, renewable sources of energy Úvod Strategickým cílem Evropské unie v oblasti obnovitelných zdrojů energie je dosáhnout do roku 2020 dvacetiprocentního podílu těchto zdrojů na primárních energetických zdrojích a do roku 2010 dvanáctiprocentního podílu obnovitelných zdrojů energie na primárních energetických zdrojích. Pozadí pro tyto cíle tvoří úsilí EU o zvyšování energetické soběstačnosti EU, o snižování emisí a v neposlední řadě i o rozšiřování zdrojů příjmů zemědělských podniků. Podíl energie z obnovitelných zdrojů na primárních energetických zdrojích v roce 2004 činil 2,9 %. Podíl energie z obnovitelných zdrojů na primárních energetických zdrojích v roce 2005 činil 3,99 %. Nejvyšší narůst byl zaznamenán u větrných elektráren, a to o 113,89 % oproti roku 2004. Další ukazatel se týká většího uplatnění obnovitelných zdrojů energie stanovením a plněním národního indikativního cíle ve výrobě elektřiny z těchto zdrojů – dosažení 8% podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie na hrubé spotřebě elektřiny v roce 2010. Hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů se v roce 22


2005 podílela na tuzemské hrubé spotřebě elektřiny 4,48 %. Na celkové tuzemské hrubé výrobě elektřiny se hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů podílela 3,79 %. Nárůst výroby elektřiny v roce 2005 byl především ve vodních elektrárnách, tj. o 18 % na 2380 GWh. Třetí hodnotu, které musíme věnovat pozornost, je stanovení indikativního cíle 5,75% podílu kapalných alternativních paliv z celkového podílu pohonných hmot v roce 2010. Doprava je jedním z klíčových hospodářských odvětví, téměř veškerá energie, kterou využívá, je z ropy. Tekutá biopaliva jako jediná přímá náhrada ropy v dopravě mají oprávněně vysokou politickou prioritu. Nepřetržitý růst v odvětví dopravy navíc stále ještě nedovolil stabilizaci emisí skleníkových plynů, a to i přes značné úsilí, které průmysl vyvinul. Biopaliva v dopravě představují sice nákladný způsob omezení emisí skleníkových plynů, ale mají reálnou možnost tyto emise v blízké budoucnosti výrazně snížit. Pouze Německo a Švédsko splnily indikativní biopalivové závazky. Evropská komise přisuzuje úspěch těchto dvou zemí skutečnosti:  že mají podpořena standardizovaná paliva s vysokým obsahem biopaliv (B100 – čistá bionafta, FAME (Fatty Acid Methyl Esther – metylestery mastných kyselin), MEŘO – metyester řepkového oleje; E 85 – směs 85 % bioethylalkoholu s benzinem);  že mají daňové zvýhodnění, ke kterému se vážou platné požadavky dané pohonné hmoty na bázi biopaliv;  že měly kombinovanou domácí produkci s dovozy: z Brazílie ve Švédsku a z ostatních členských států v Německu. Původně indikativní cíle byly posunuty do roviny závazných cílů pro všechny členské země EU, tedy včetně České republiky. Významnou část obnovitelných zdrojů energie přitom tvoří biomasa produkovaná v zemědělství. Dosažení těchto náročných cílů vyžaduje koordinované úsilí nejen na úrovni EU, ale i na úrovni jednotlivých členských zemí. I když zemědělská biomasa vzniká v rezortu zemědělství a zemědělský sektor je sám významným spotřebitelem energií, k naplnění cílů musí přispět více rezortů. Jedním z hlavních cílů vládní agrární koncepce na období let 2004–2013 je energetická soběstačnost venkova. Spotřeba energie na venkově je o 60 % vyšší než ve městech. Průměrná venkovská domácnost spotřebuje 110,5 GJ, městská 68 GJ. Resort zemědělství je jednak producentem biomasy pro energetiku, ale i spotřebitelem tepla a elektrické energie z místních zdrojů. Jak národní podpory, tak i opatření v operačních programech podněcují vyšší využití obnovitelných energií. Metodika Cílem předloženého příspěvku bylo získat v první fázi podklady pro výpočet nákladové funkce u šťovíku krmného a následně je zpracovat do nákladové funkce včetně dotační politiky. Pro získání průměrných nákladů a výnosnosti v t/ha a v Kč/GJ je nutné zpracovat nákladovost cíleně pěstované biomasy jednak podle Kavka (2006), jednak podle hodnot a údajů vykazovaných CZ BIOM a výzkumnými institucemi. Řada autorů se zabývá produkčním náklady, které jsou spojeny s pěstováním a zpracováním biomasy pro energetické účely. Někteří uvádějí cenu biomasy v Kč/GJ bez ohledu na druh biomasy, 23


další skupina autorů ve svých pracích uvádí rozpis na jednotlivé druhy plodin. Náklady zpracovatele byly zpracovány podle Marešová, Verner (2007). Vstupní data makroekonomického charakteru jsou převzata z podkladů pro Operační program Životní prostředí na období 2007–2013. Dotace zemědělská byla odvozena z podkladů Výzkumného ústavu zemědělské ekonomiky a Ministerstva zemědělství k reformě společné zemědělské politiky. Dotace energetická byla navržena z podkladů Ministerstva průmyslu a obchodu a Energetického regulačního úřadu. Vzhledem k současným změnám v zemědělské politice a rekordnímu nárůstu cen obilovin ve vazbě na světové ceny doporučuji každoročně aktualizovat vstupy pro výpočet. Diskuze a vlastní práce Jedním z prvních pokusů o využití biomasy byly v letech 1995 a 1996 úvahy postavit v lokalitě trvale odstavené uhelné elektrárny Tušimice I energetický blok do 110 MW výkonu vybavený fluidním kotlem na spalování biomasy zemědělského a lesního původu. Průzkum cen potenciálně dodávané biomasy a stav tehdejších výkupních cen elektřiny projektu nepřál a záměr se nedočkal praktické realizace. O znovuzavedení podpory spoluspalování biomasy pro výrobu elektrické energie v roce 2004 informuje Havlíčková (2006). Výrazným ekonomickým podnětem pro spoluspalování biomasy s uhlím je logistika firmy Ekover, spojená s velkoobchodní organizací prodeje paliva Ekover, jak uvádí Marešová, Verner (2007). Již tři roky nato však dobré zahraniční reference o spoluspalování biomasy dřevního původu s uhlím vedly k prvnímu reálnému ověření této technologie „ve velkém“ v Elektrárně Hodonín, kde se spolu s jihomoravským lignitem začaly spalovat otruby. Dále zde proběhly zkoušky s lesní štěpkou a poté i s dalšími produkty ze zpracování dřeva. Během roku 2000 bylo v Hodoníně tímto způsobem spáleno více než 2 400 t biomasy. Kol. ČEZ (2005) uvádí, že následovaly spalovací zkoušky u fluidních kotlů v Tisové, Poříčí a Ledvicích. Osvědčilo se také spoluspalování biomasy v roštových kotlích v Teplárně Dvůr Králové. V prvním pololetí roku 2004 byla biomasa zkušebně spalována v práškovém kotli ve Chvaleticích. Zkoušky prokázaly, že je možné spoluspalovat biomasu ve fluidních kotlích přibližně na úrovni 20 % tepelného obsahu směsi a v roštových kotlích i při větším podílu. Problémem je určit optimální roční množství biomasy tak, aby se vyplatilo dlouhodobě investovat do úprav dopravy paliva a do dalších opatření pro realizaci kontinuálního spoluspalování. Chybí také rozvinutá infrastruktura pro pěstování, sklizeň ve velkém, svážení, skladování a zpracování biomasy pro energetické použití. Výroba elektřiny je regionálně vázána především na velké elektrárenské bloky. Z tohoto důvodu dosahuje nejvyšší hodnoty na severu Čech. Výroba elektřiny z biomasy zaznamenává v ČR rok co rok výrazný nárůst. V roce 2007 vyrobila Skupina ČEZ v domácích elektrárnách z biomasy celkem 249 GWh elektřiny (pro srovnání – v roce 2006 ČEZ v ČR takto vyrobil 163 GWh, o rok dříve 115 GWh). V současné době se spoluspalování biomasy ze zemědělství se uskutečňuje ve čtyřech elektrárnách ČEZu a pro zemědělce tyto elektrárny představují zaručený odbyt zpracované biomasy. V Programu rozvoje venkova, který garantuje investiční příležitost pro zemědělce v dotační politice při peletizaci obilní, řepkové slámy a dalšího rostlinného a potravinářského odpadu, je další významná pobídka k uskutečnění spoluspalování biomasy při výrobě elektrické energie a tepla. V elektrárnách a teplárnách ČEZu lze transformovat na energii jak cíleně pěstované energetické rostliny, tak i odpadní biomasu. Lze zhodnotit například prořezávky keřů a stromů z agrárních valů a teras, odpadní dřevo po provedené revitalizaci vodotečí, dřevní odpad po průklestu stromů a keřů v městské a sídelní zeleni. 24


Spoluspalování v elektrárnách je realizováno v Elektrárně Tisová, Elektrárně Prunéřov, Elektrárně Hodonín a Elektrárně Poříčí. Elektrárna Tisová je nejzápadněji situovaným energetickým zdrojem a patří k nejstarším hnědouhelným elektrárnám. Geograficky leží ve středu trojúhelníku mezi městy Karlovy Vary, Mariánské Lázně a Františkovy Lázně. V osmdesátých letech proběhly v elektrárně Tisová I rozsáhlé rekonstrukce, jejichž cílem bylo přebudovat elektrárnu na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny. Teplo je nyní rozvedeno do okolních měst a obcí – Sokolova, Svatavy, Březové, Habartova a Královského Poříčí. V rámci ekologizace elektrárny po roce 1990 bylo v Tisové osm dosluhujících kotlů nahrazeno dvěma fluidními kotli a v roce 1997 bylo instalováno odsiřovací zařízení s metodou mokré vápencové vypírky. Současný instalovaný elektrický výkon elektrárny je 295,8 MW a instalovaný výkon pro dodávku tepla je 324 MWt. Elektrárna Ledvice leží 3 km od města Bílina v podhůří Krušných hor. Od roku 1999 provozuje elektrárna z původních pěti bloků pouze tři o celkovém elektrickém výkonu 330 MW. Se snížením výkonu o polovinu se výrazně snížilo i množství spáleného hnědého uhlí, které se sem dopravuje z nedalekých Dolů Bílina, a tím i škodlivých emisí. Odsiřovací zařízení, instalované roku 1996, využívá technologií polosuché vápenné vypírky. Elektrárna Poříčí má v oblasti severovýchodních Čech významnou tradici. Již v roce 1914 byla uvedena do provozu elektrárna Poříčí I a v padesátých letech byla zprovozněna elektrárna Poříčí II, která je jednou z nejmodernějších a patří k tzv. systémovým elektrárnám. Instalovaný výkon je 110 a 55 MW. V devadesátých letech zde byly instalovány dva fluidní kotle, které splňují přísné normy na obsah oxidů dusíku a síry v kouřových plynech. Spolu s rekonstrukcí kotlů byla provedena rekonstrukce chladicích věží a další modernizace z ekologického hlediska. Výroba energie z biomasy se podstatně rozšířila i v roce 2008. V elektrárně Poříčí bylo k 31. 12. 2008 vyrobeno z biomasy 120 GWh elektrické energie, což je oproti roku 2007 52 % meziroční nárůst. V teplárně Dvůr Králové nad Labem pak bylo ke stejnému datu vyrobeno 12 GWh elektrické energie z biomasy, o 2 % více než v roce 2007. V roce 2008 vyrobila elektrárna Poříčí cca 838 GWh elektrické energie a dodala 1 700 TJ tepelné energie, teplárna ve Dvoře Králové nad Labem vyrobila cca 13 GWh elektrické energie a dodala 540 TJ tepelné energie, z toho bylo přibližně v Poříčí 120 GWh a v teplárně 12 GWh elektrické energie vyrobeno z biomasy, zbytek elektrické energie byl vyroben spalováním uhlí. Za rok 2008 elektrárna v Trutnově Poříčí spálila 125 tis.t. biomasy a teplárna ve Dvoře Králové nad Labem spálila 7 tis. t. biomasy. Výběr lokalizace elektrárny Hodonín byl dán strategickou blízkostí lignitových dolů a řeky Moravy. V roce 1997 byla dokončena výstavba nových fluidních kotlů o výkonu 170 t páry/hod. a instalací dalších modernizací bylo dosaženo výkonu 105 MW. Principem kombinované výroby se v Hodoníně vyrábí jak elektrická energie, tak i teplo, které se distribuuje nejen v okolí, ale i na Slovensko. Nevýhodou hodonínské elektrárny je její lokalizace v bezprostřední blízkosti sídla vzhledem k narušení sídla zvýšenou dopravou biomasy. Co do objemu výroby je významná elektrárna Hodonín, která z biomasy vyrobila celkem 116 GWh, zvýšila meziročně výrobu o 85 % a předstihla dosavadního největšího výrobce skupiny polskou Skawinu (102 GWh). Výrazný nárůst výroby z biomasy zaznamenaly i elektrárny Poříčí (nárůst o 38 % na 79 GWh) a Tisová (nárůst o 32 % na 41 GWh). Procentuální růst byl největší v Teplárně Dvůr Králové, která se ale na celkové výrobě podílela jen 12 GWh. Celková hmotnost spálené biomasy v ČR dosáhla v roce 2007 241 tis. t formou spoluspalováním s hnědým uhlím, V rámci všech druhů obnovitelných zdrojů je biomasa druhým nejvýznamnějším zdrojem po vodních elektrárnách.

25


Již od roku 2003 probíhá ve vhodných elektrárnách a teplárnách Skupiny ČEZ program postupného nahrazování části uhlí biomasou. Konkrétním výsledkem je překročení hranice 300 GWh (300 mil. kWh) vyrobené elektřiny z biomasy v těchto provozech v celé republice v roce 2008, což znamená náhradu více jak 200 tis. t uhlí a zhruba 15% podíl výroby z obnovitelných zdrojů. Tabulka 1 Výroba z biomasy v elektrárnách ČEZ Elektrárna/teplárna Tisová Poříčí Teplárna Dvůr Králové Hodonín Ostatní elektrárny ČEZ v ČR Celkem v ČR

Výroba 2007 (v MWh) Výroba 2006 (v MWh) 41 294 31 346 79 247 57 427 12 732 2 104 115 966 62 708 0 9 851 249 239 163 436 Pramen: ČEZ

Meziroční nárůst v % 32 38 505 85 . 52

Závěry 1. V nejbližším časovém horizontu je nejperspektivnější z hlediska ekonomiky využití biomasy, biomasa v podobě dřevní štěpky a obilní nebo řepkové slámy. Stále ještě nejsou tyto zdroje dostatečně využívány a dochází k plýtvání na mnoha místech v ČR. Pro spoluspalování biomasy v elektrárnách a teplárnách je nutné znát náklady, ceny a dotační politiku v rezortu energetiky a zemědělství pro nejbližší období. V předloženém příspěvku jsme se věnovali nákladovosti při pěstování a zpracování šťovíku krmného ‚Uteuša‘, který je jednou z perspektivních rostlin pěstovaných pro energetické využití v elektrárnách a teplárnách. V příspěvku uvádíme na základě propočtů nákladovou rovnici pro výpočet nákladovosti spojené s pěstováním a zhodnocením při spoluspalování. cena (šťovík) v Kč/GJ = –1,7148 + 0,0062*(náklady pěstitele v Kč/ha + náklady zpracování v Kč/ha+ dopravní náklady v Kč/50 km dopravy + zisk v Kč/ha) – 0,0006*(dotace zemědělská v Kč/ha) – 0,0034*(dotace energetická v Kč/MWhe) cena biomasy = -1,7148 + 0,0062*( Np+Nz+Nd+ Z) – 0,0006*(Dz) – 0,0034*(De) kde cena biomasy je vyjádřena v Kč/GJ Np – náklady pěstitele v Kč/ha Nz – náklady zpracovatele v Kč/ha Nd – náklady na dopravu do 50 km biomasy sklizené z 1 ha Z – zisk vyjádřený v Kč/ha Dz – dotace zemědělská v Kč/ha De – dotace energetická v Kč/MWhe 2. Pro účely spoluspalování biomasy s uhlím je vhodná úprava biomasy peletizací. Jde o nový výrobek získaný z granulátorů, které se vyráběly před rokem 1989 v TMS Pardubice. V granulátoru dochází k plynulému protlačování materiálu válcovými otvory s kuželovými kanálky matrice. Materiál je do kanálků vtlačován trvalým přísunem materiálu, mezi styčné plochy mezi matricí a kladkami. Soudržnost granulí z lisovaných materiálů je dána kombinací jejich složení a vlhkosti. Soudržnost zvyšuje obsah bílkovin, např. v zrnu pšenice, žita, nebo v pletivech víceletých pícnin. Naopak soudržnost snižuje obsah oleje, např. v semenech olejnin. Soudržnost klesá s nárůstem vlhkosti lisovaného 26


materiálu. Travní biomasu z okolí agrárních valů a teras je nutné používat při peletizaci jako doplněk vzhledem k požadavkům na soudržnost pelet. 3. Trh se zemědělskými komoditami pro pěstitele v současném krizovém období má řadu slabých stránek co se týče kolísání ceny, záruky odbytu. Trh s peletizovanou biomasou má velkoobchodní organizaci a zaručený odbyt na českém trhu. Peletizace biomasy rostlinného původu je modelovým příkladem úspěšné diverzifikace aktivit zemědělců za účelem získání dalších příjmů do farmy. Příspěvek byl zpracován v rámci řešení projektu MZe NAZV QH 82126: „Zajištění harmonizace krajinotvorné, hydrologické a produkční funkce agrárních valů a teras pro diverzifikaci aktivit na venkově“ Seznam literatury 1. MAREŠOVÁ, H – VERNER, L. (2007): Projekt výroby a využití paliva EKOVER v České republice. In Sborník Biomasa – technické a ekonomické podmínky pro energetické využití V. Teplárenské sdružení Pardubice s. 1–8 2. KAVKA, M. (2006): Normativy zemědělských výrobních technologií, ÚZPI Praha 3. Kolektiv (2005): Krajinou skupiny ČEZ, ČEZ, 177 s. 4. SOUČKOVÁ, H. (2008): Hodnocení diverzifikace zemědělství v blízkosti agrárních valů Českého středohoří. Závěrečná zpráva NAZV QH82126 Zajištění harmonizace krajinotvorné, hydrologické a produkční funkce agrárních valů a teras pro diverzifikaci aktivit na venkově UJEP, 40 s. 5. HAVLÍČKOVÁ, K. a kol. (2007): Zhodnocení ekonomických aspektů pěstování a využití energetických rostlin. VÚKOZ Průhonice, 92 s.

27


PŘÍSPĚVEK K PROBLEMATICE REKULTIVACE, REVITALIZACE A RESOCIALIZACE V OBLASTI PODKRUŠNOHOŘÍ A CONTRIBUTION TO THE PROBLEMS OF RECULTIVATION, REVITALIZATION AND RESOCIALIZATION IN PODKRUŠNOHOŘÍ AREA Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, Petr VRÁBLÍK Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected]

Abstrakt Antropogenně postižená krajina v oblasti Podkrušnohoří je charakteristická celou řadou přírodních, environmentálních a socioekonomických disparit. Významnou disparitou je těžba uhlí a následná obnova území prováděná formou různých typů rekultivací. Po provedení rekultivace a navrácení území do nového – konečného stavu, je pro možnost dalšího efektivního využití území prováděna revitalizace. Z dříve dominujících rekultivací zemědělských se koncem 20. stol. výrazně zvýšilo zastoupení lesnických rekultivací. V posledním období, zejména po roce 2005, se zvyšuje počet tzv. ostatních rekultivací. V rámci ostatních rekultivací se setkáváme s celou řadou možných forem využití území směřujících k návratu člověka do krajiny, k resocializaci území. Abstract Anthropogenicaly affected area in “Podkrušnohoří“ is characterized by plenty of natural, environmental and socioeconomic disparities. The most significant disparity is coal mining and resulting area reconstruction made by different types of recultivation. In the end of 20th century, number of agricultural recultivation has decreased, whereas the share of forest recultivation has rapidly risen. Recently, especially after 2005, the share of so called remaining recultivation has increased. When we are speaking about remaining recultivation, we distinguish a lot of forms of areas using, leading man to return to the landscape, to area resocialization. Klíčová slova: Podkrušnohoří, antropogenně postižení území, těžba, sanace, rekultivace, revitalizace, resocializace, ostatní formy rekultivací Keywords: Podkrušnohoří, anthropogenic affected area, mining, redevelopment, recultivation, revitalization, resocialization, remaining recultivation Úvod Podkrušnohoří je od druhé poloviny 19. století významnou oblastí v Čechách z důvodu těžby hnědého uhlí. Od druhé poloviny 20. století se těžba projevuje devastací krajiny v důsledku rozvoje průmyslu, zejména energetického a chemického. Průmyslové aktivity vedly k vyšší koncentraci obyvatelstva spojené s rozvojem sídel a infrastruktury. Přinesly i celou řadu negativních vlivů, a to zejména v oblasti životního prostředí. Původní krajiny byly těžbou změněny a částečně zničeny. Za účelem obnovy průmyslových regionů a území po těžbě byla řešena celá řada projektů, jejichž cílem bylo hledat nové efektivní formy využití území. Koncem 20. století dochází v důsledku transformace české ekonomiky k výrazným změnám v socioekonomické oblasti jako např. k útlumu těžby 28


hnědého uhlí a průmyslové činnosti, v zemědělství se snížila intenzita hospodaření. Na plochách uvolněných po těžbě uhlí probíhá sanační a rekultivační činnost. Rekultivované plochy se postupně zapojují a dochází ke vzniku nových ekosystémů. V současném období jsou hledány cesty k efektivnějšímu využití rekultivovaných ploch člověkem. Po zemědělských a lesnických rekultivacích mají významnou roli tzv. ostatní rekultivace, při kterých vznikají plochy, které mají multifunkční využití a zlepšují úroveň životního prostředí člověka. Cíl V příspěvku jsou publikovány výsledky získané z řešení projektu „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů na území po těžbě na příkladu Podkrušnohoří“, zaměřeného na výzkum regionálních disparit. Je hodnocen vývoj obnovy území po těžbě, rekultivací, přehled o struktuře dokončených rekultivací za období 1960 až 2007. Zabývá se i problematikou revitalizací a jejich formami. Přibližuje i problematiku resocializací území. Výsledky 1. Rekultivace jejich vývoj a formy Vývoj ploch zapojených do rekultivace za Severočeskou hnědouhelnou pánev (dále SHP) v ha od počátku v r. 1950 až do současnosti, tj. do roku 2007 celkem, je uveden v tabulce 1. Tabulka 1 Orientační údaje o vývoji rekultivačních prací v SHP (1950–2007 v ha) Rok Dokončené rekultivace

1950

1960

0

350

1970

1980

1990

1 100

3 000

6 400

2000 7 346

2005

2006

2007

9 558 10 337 10 759

Rozpracované rekultivace 20 595 2 465 4 139 2 809 5 368 5 288 5 221 5 430 V rekultivačním procesu Celkem Σ obou kategorií 20 945 3 565 7 139 9 209 12 714 14 846 15 558 16 189 v ha (údaje z Severočeské doly Chomutov dále SDCH, Mostecká uhelná společnost dále MUS a Palivový kombinát Ústí n. L. dále PKÚ)

Z uvedeného přehledu je patrno, že významný pokrok v rekultivaci území je dosahován po r. 2000. Dokončené rekultivace v r. 2007 dosáhly v SHP objem 10 759 ha, rozpracováno bylo 5 430 ha. Hodnotíme-li současný stav rekultivací, musíme konstatovat, že největší podíl rekultivací tvoří rekultivace lesnické, a to celkem 46 %, významný podíl tvoří i rekultivace zemědělské, které se rozkládají téměř na 1/3 obnoveného území. Svůj objem postupně zvyšuje i hydrická rekultivace, kam se řadí menší vodohospodářská díla (např. příkopy, retenční stabilizační nádrže, malé rybníčky a mokřady) nebo větší vodní plochy pro příměstskou rekreaci (jako je zaplavování zbytkových jam – jezero Most, Chabařovice). Od r. 1998 se výrazně zvyšuje i podíl tzv. ostatních rekultivací. Jejich cílem je vytváření funkční a rekreační zeleně, začlenění rekreačních a sportovních ploch do krajiny, vybudování základních komunikací a příprava ploch pro komerční využití (viz tabulka 2).

29


Tabulka 2 Přehled o struktuře rekultivací dokončených v období 1960–2007 v ha Druh rekultivace

zemědělská

Podnik SDCH MUS PKÚ SHR celkem ha %

1 450 1 522 349 3 321 30,9

lesní

hydrická

ostatní rekultivace včetně parkové

1 637 136 3 012 138 303 8 4 952 282 46,0 2,6 (údaje z SDCH, MUS a PKÚ)

Celkem

333 1 641 230 2 204 20,5

3 556 6 313 890 10 759 100%

2. Druhy rekultivací Zemědělské rekultivace patřily mezi hlavní druhy rekultivací, do r. 1989 byly preferovány před ostatními. Převládají formy nepřímé, kdy urovnaný povrch výsypek je převrstven spraší a ornicí, optimálně do mocnosti 0,5 m. Rekultivace je prováděna polními kulturami za účelem získání nové orné půdy, ale i pastvin, luk, zahrádkářských ploch, sadů či vinic. U rekultivací je nadřazena funkce environmentální směřující k biodiverzitě rostlinných druhů, ke zlepšení životního prostředí, k protierozním funkcím a k ochraně krajiny. Významné z hlediska trvalé udržitelnosti jsou i funkce produkční a mimoprodukční (viz obr. 1). Funkce Environmentální Biodiverzita rostlinných druhů Zlepšení životního prostředí Protierozní funkce

Produkční

Mimoprodukční

Zvýrazňující funkce ekolog. Potravinářská

Nepotravinářská

Konvenční plodiny

Alternativní plodiny

Tech. a energetické plodiny a dřeviny

Alternativní plodiny

Obiloviny Okopaniny Pícniny

Ovocné sady Vinice Louky Pastviny s Intenzivním využíváním

Řepka Slunečnice Konopí Šťovík Rychle rostoucí dřeviny

Louky Pastvin s extenzivním využíváním

Obr. 1 Význam zemědělských rekultivací na antropogenních půdách (zpracováno dle materiálů Čermák, Štýs, Kryl a kol.)

Dominující formou rekultivací jsou v současnosti lesnické rekultivace výsypek. Lesnické způsoby rekultivace se preferují především v souvislosti s významem lesních porostů jako stabilizujících prvků v ekologických soustavách. V zásadě mají 2 funkce určené k plnění funkcí lesa a funkce mimoprodukční. Do skupiny pozemků určených k plnění funkcí lesa jsou řazeny lesy ochranné a lesy zvláštního určení. Do lesů ochranných se řadí lesy zejména na nepříznivých stanovištích (svahy, strže, sutě). Lesy zvláštního určení jsou vysazovány z veřejného zájmu (pásma hygienické ochrany, příměstské, rekreační apod.). Mezi lesy produkční lze zařadit tradiční typy lesních porostů, 30


ale i rychle rostoucí dřeviny. Mimoprodukční funkce lesních porostů na antropogenních půdách mají celou řadu funkcí: jako jsou půdotvorné, protierozní, hydrické, environmentální, rekreační, krajinotvorné apod. Lesnické rekultivace Lesy zvláštního určení

Lesy ochranné

Plnění funkce lesa

Nepříznivé stanoviště Odvaly a výsypky Prudké svahy Strže, sutě a písky

Parkové úpravy

Mimoprodukční funkce





Půdotvorné Protierozní Hydridké Environmentální

Veřejný zájem Imisně poškozené PHO Obory Lázeňské a rekreační

Půdotvorné Protierozní Hydrické Environmentální Rekreační Krajinotvorné Diverzita

Příměstské plochy Parky Sadové úpravy Funkční a rekr. zeleň Skupinové výsadby Krajinotvorba

Společenský zájem Rekr. a spor. využití Krajinotvorné Úprava ploch v okolí komunikací

Obr. 2 Funkce lesnických rekultivací (zpracováno dle materiálů Čermák, Štýs, Kryl a kol.)

Další formou rekultivací jsou hydrické rekultivace. Lze do nich zařadit odvodnění povrchů výsypek a svahů zbytkových jam (příkopy, průlehy, poldry) a ostatní hydrické úpravy (viz obr. 3). HYDRICKÉ REKULTIVACE Odvodnění povrchu výsypek a svahů zbytkových jam Příkopy

Terasy

Průlehy

Retenční nádrže, Poldry

Sanační odvodnění Drény

Kamenná odvodňovací žebra Převedení vod

Budování přítokových koryt a kanálů Ostatní hydrické úpravy Zavodňování zbytkových jam

Sportovní a rekreační plochy

Vyžaduje Zajištění stability svahů - břehů Zajištění kvality vody

Příměstské rekreace a koupání Těsnění uhelné sloje a propustných nadložních horizontů

Močály a mokřady

Rybníky Dostatek vody pro rozvoj flory a fauny

Přirozeně vzniklé biotopy, cenné Stabilizace vodního režimu

Obr. 3 Hydrické rekultivace – větší vodní plochy (zpracováno dle materiálů Čermák, Štýs, Kryl a kol.)

Ostatní rekultivace Výsledkem této rekultivační činnosti jsou ostatní plochy upravené zejména jako funkční a rekreační zeleň se zpevněnými komunikacemi a manipulačními plochami.

31


Po roce 2000 se významně zvyšuje podíl tzv. ostatních rekultivací. Důlní společnosti uvádí podíl ostatních rekultivací do roku 2007 ve výši 20,5 %. Nejvíce ostatních rekultivací vykazuje MUS a.s., 26 % do roku 2007. V rámci ostatních rekultivací jsou vykazovány následující formy (viz Obr. 4): Ostatní veřejná zeleň: zeleň ve sportovních a rekreačních zónách, podle vodních toků a vodních nádrží, remízků, sukcesních ploch a podél cest a komunikací. Ostatní komunikace: místní a účelové komunikace, parkovací plochy. Rekreační a sportovní plochy: hřiště a stadiony, jízdárny, dostihové závodní dráhy, střelnice. Rekreační a ubytovací plochy: kempy, tábořiště. Kulturní a osvětové plochy: zoologická zahrada, naučné plochy a stezky, skanzen. Pro podnikatelské aktivity: pro komerční využití

Ostatní komunikace Rekreační a sportovní plochy

Ostatní veřejná zeleň

Ostatní rekultiva

Pro podnikatelské aktivity

Jiné plochy

Rekreační a ubytovací plochy

Kulturní a osvětové plochy

Obr. 4 Ostatní rekultivace 3. Charakteristika rekultivované krajiny Kvalitně provedená rekultivace má být ekologicky vyvážená, zdravotně a hygienicky nezávadná, efektivně i potenciálně produktivní, esteticky a rekreačně působivá. Má směřovat k vytváření pestré krajinné struktury, vhodného zastoupení zemědělských, lesních, vodohospodářských a rekreačních ploch. Rekultivaci krajiny je třeba chápat jako řízený proces obnovy krajiny postižené těžbou. Jejím cílem je obnovení přirozené rovnováhy krajiny. Zahrnuje práce technického charakteru (terénní úpravy, stabilizační opatření, hydrotechnická opatření apod.), ale i biologického charakteru (tvorba agroekosystémů, zemědělské využití, lesní výsadba, pěstební péče apod.). Je nutné ji dále podpořit revitalizací, tj. funkčním zapojením do krajiny, respektive takovou konečnou úpravou devastovaného území, která zajistí vytvoření estetického krajinného fenoménu, obnovení přirozených funkcí ekosystému a zároveň umožní plné využití území v souladu s územním plánem (Dejmal 2008). 4. Netradiční možnosti obnovy území Spontánní sukcese V rámci projektu podporovaného MŽP byla ověřována obnova území po těžbě formou spontánní sukcese, která vede k vytváření přírodě bližším ekosystémům oproti technickým 32


rekultivacím. Předpokládají zvýšení biologické diverzity, celkové přírodní hodnoty a úsporu finančních prostředků. Výsledkem bylo doporučení řešitelů přijmout spontánní sukcesi jako rovnocennou alternativu k technickým rekultivacím, a to ve 20 % rozlohy ploch určených k rekultivaci. Je otázkou, zda se řešitelé projektu zabývali vazbami na rozsah dokončených a rozpracovaných rekultivací, na technické možnosti území po těžbě, na legislativu, vydaná rozhodnutí, vztahy budoucích sukcesních ploch ke stávajícímu osídlenému území a plánům jeho rozvoje, k časovému faktoru sukcesního vývoje apod. Řízená sukcese Na některých plochách, po jejich opuštění báňským provozem a před zahájením klasických forem rekultivací, se vyskytují místa, na kterých probíhala přirozená sukcese. Tyto biotopy se po drobných technických a biologických úpravách mohou stát krajinotvorným prvkem, který může navázat či doplnit některé z klasických forem rekultivace, zemědělské nebo lesnické. Toto netradiční řešení je možno uplatnit zejména tam, kde jsou již vymodelovány prvky, které v případě drobných terénních úprav území rozčlení a dotvoří, zejména v návaznosti na svahové části či budoucí záměr rekreační zóny. Koncem 90. let FŽP výzkumně ověřovala možnost řízené sukcese v praxi na lomu Most v oblasti Pařidelského laloku. Práce spočívala v úpravě malých lokalit, kde v průběhu sanačních prací došlo k spontánnímu růstu dřevin, travních ekosystémů a vytváření malých mokřadů. Jednalo se o území, která měla být v následujících obdobích zapojena do klasických forem rekultivačního procesu. Tyto přirozené ekosystémy byly ponechány na územích a byly zásahem člověka ještě upraveny. Probíhala síje dubu a výsevy travních směsí. Tento způsob obnovy území řízenou sukcesí doplnil klasické formy rekultivací. Po sledování těchto ekosystémů po dobu čtyřech let bylo provedeno ekologické i ekonomické hodnocení. Jednalo se však pouze o malá území v rozsahu několika set m2. Tato netradiční forma rekultivace umožnila vznik heterogenního území, ekologicky stabilnějšího, navazujícího na klasické formy zemědělské a lesnické rekultivace. Vytvořila esteticky působivější území a prokázala využitelnost tohoto způsobu rekultivace v praxi. 5. Revitalizace Pojem revitalizace je charakterizován ve dvou rovinách. Jednak jako revitalizace krajiny v užším biologickém a ekologickém pojetí a druhá rovina je podstatně širší, představuje revitalizace území jako celku. Revitalizace krajiny Podle Akademického slovníku cizích slov lze revitalizaci krajiny charakterizovat jako návrat k životu. Je i funkční zapojení do krajiny, konečnou úpravu devastovaného území, která zajistí vytvoření estetického krajinného fenoménu, obnovení přirozených funkcí ekosystému a zároveň umožní plné využití území v souladu s územním plánem (Lysenko, 1996). Jde rovněž o návrat krajiny s narušeným horninovým prostředím do stavu před lidským zásahem (Kukal, Reichman 2000). Dále se pojem revitalizace krajiny užívá jako oživení prostředí, obnova podmínek na druhovou různorodost (Lisický, 1993, Klinda, 2000) nebo i zvyšování ekologické stability krajiny (Cudlín a kol., 2001, 2008) (viz Obr. 5). Revitalizace území Širší význam má revitalizace území. Jedná se o komplexní sociálně ekonomickou obnovu regionu. Jde o obnovu zdevastované krajiny, sídelních útvarů, vytváření pracovních míst a prosperity (Klinda, 2000).

33


Rekultivace Obnova

Rekonstrukce

Optimalizace

Revitalizace krajiny

Meliorace

Remediace

Rehabilitace Regenerace

Obr. 5 Terminologické vazby k pojmu revitalizace krajiny 6. Resocializace V posledním období je státními orgány finančně podporována obnova území v Severních Čechách (např. Zákon č. 175/2005 Sb. – ekologické závazky: náprava škod způsobených těžbou nerostů a na revitalizaci území). Je podporována revitalizace a resocializace rekultivovaného území s cílem zajištění dlouhodobého zhodnocení rekultivovaného území (materiál z konference v Parlamentu ČR 13. 09. 2007). Jde o zapojování rekultivovaného území do revitalizace a resocializace, regionálního rozvoje, zainvestování infrastruktur, zajištění nových forem využití krajiny, zpřístupnění ploch pro veřejné zájmy a rozšíření možnosti komerčního využití území. Hlavním cílem však je návrat života do krajiny, vznik funkčních přírodních ekosystémů a vytváření podmínek pro život člověka v obnovené krajině včetně možností jejího využití pro bydlení, obživu a volný čas. Diskuse Výsledky, které byly v rámci projektu MMR WD 44-07-1 získány v oblasti rekultivací, se v zásadě shodují s literárními prameny a běžnou rekultivační praxí. V problematice revitalizace se setkávají 2 pojetí, a to ryze biologické, charakterizované jako revitalizace krajiny, a druhé pojetí – revitalizace území – kdy se jedná o komplexní sociálně ekonomickou obnovu regionu, zdevastované krajiny, ale i sídel, vytváření pracovních míst a dosažení prosperity. Revitalizaci území pokládáme za nadřazenou s ohledem na regionální politiku a stav Chomutovsko – ústecké oblasti. Důvodem jsou dlouhodobé zátěže prostředí, vysoký stupeň urbanizace v Podkrušnohorské krajině, současný útlum těžebních a průmyslových aktivit a vysoká hustota obyvatelstva – 613 obyvatel na 1 km2 v městském prostoru. Rozdílné jsou i názory na netradiční možnosti obnovy území. Podle zákona o zemědělském půdním fondu č. 334/92 Sb. je povinností každý hektar zemědělské půdy, která byla odňata po ukončení aktivit, vrátit zpět do kategorie zemědělského půdního fondu, to platí obecně. Konkrétně pro současně rozpracované rekultivace platí však vydané rozhodnutí o odnětí ze zemědělského půdního fondu. Od r. 1960 do r. 2006 činily úbytky zemědělské půdy ve sledovaném území 24 878 ha, došlo ke snížení zemědělského půdního fondu o 28,6 % v Chomutovsko – ústecké oblasti, z toho např. na okrese Most byl úbytek 35,5 %. 34


Metoda řízené sukcese, navržená a ověřená FŽP, je k ochraně půdního fondu citlivá a lze do ní zařadit území, která jsou připravována pro rekultivace, dle zkušenosti do výše cca. 1 % území, a to v závislosti na individuálním posouzení jednotlivých ploch po těžbě. V rámci projektu řešeného na MŽP do roku 2007, kdy byla ověřována obnova území po těžbě formou spontánní sukcese, je navrhováno vyjmout 20 % území určeného k rekultivaci, tzn. území ponechat bez zásahů člověka pouze přírodě. Pro upřesnění závažnosti problematiky spontánní sukcese a možných důsledků uvádíme tabulku 3, kde jsou uvedena časová rozpětí biologických i fyzikálních procesů, probíhající na nově vzniklých plochách. Tabulka 3 Časové rozpětí biologických a fyzikálních procesů, tvořících součást rozvoje ekosystému na nově vzniklých plochách Biologický proces Časové rozpětí (roky)

Proces

1 až 5

Imigrace vhodných druhů rostlin

1 až 5

Zavedení vhodných druhů rostlin Akumulace jemného materiálu, zachyceného rostlinami Akumulace živin z půdních minerálů rostlinami Akumulace N biologickou fixací z atmosféry Imigrace půdní flory a fauny podpořená akumulací organického materiálu Změny v půdní struktuře a obratu organického materiálu díky aktivitám rostlin, půdních mikroorganismů a živočichů

1 až 10 1 až 100 1 až 100 1 až 20

1 až 20

Fyzikální proces Časové rozpětí Proces (roky) Akumulace jemného materiálu díky 1 až 1 000 zvětrávání hornin nebo fyzikální deposici 1 až 1 000 1 až 100 1 až 1 000

1 až 20

Zlepšení vodní kapacity půdy díky změnám v půdní struktuře

10 až 10 000

1 až 100

Redukce toxicity v důsledku akumulace organického materiálu

100 až 10 000

Rozklad půdních minerálů díky zvětrávání Vylepšování využitelné vodní kapacity vody Uvolňování minerálních živin z půdních minerálů

Průsak mobilních materiálů z povrchu do nižších vrstev Zformování odlišných horizontů půdního profilu

(cit. Prokopová M., Cudlín P., 2008)

Z předchozí části vyplývá, že spontánní sukcesi, která sice vede k přírodě bližším ekosystémům oproti technickým rekultivacím, nelze v Podkrušnohoří doporučovat jako rovnocennou alternativu k technickým rekultivacím, a to dokonce ve výši 20 % z rozlohy ploch určených k rekultivaci. Řešitelé projektu MŽP vyzývali některé státní orgány (MŽP, MZe a MPO), aby promítly spontánní sukcesi do předpisů metodik doporučení a závazných právních předpisů. Požadovali právní analýzu relevantních zákonů v oblasti těžby, ochrany půdního fondu a přírody. Uvádí, že spontánní sukcese přinese zvýšení biologické diverzity a celkové přírodní hodnoty, a to přispěje k úspoře finančních prostředků (citováno ze zápisu ze semináře Obnova těžbou narušených území a legislativa konaného na MŽP 14.4.2008 – viz literatura).

35


Co dodat k závěrům výše projektu MŽP ve vazbě na výsledky projektu MMR-WD 44-07-1: Antropogenně postižená Chomutovsko – ústecká oblast je relativně velkým územním celkem. Závěry z projektu MŽP o spontánní rekultivaci ve výši 20 % rozlohy plochy určené k rekultivaci nelze považovat v silně obydleném území za správné (viz tabulka 4). Tabulka 4 Osídlení zájmového území v Podkrušnohoří v roce 2007 Charakteristiky osídlení k 1. 1. 2007 Modelové území Název ORP

Městský prostor

Venkovský prostor

Rozloha

Počet obyv.

Hustota

Rozloha

Počet obyv.

Hustota

Rozloha

Počet obyv.

Hustota

v ha

abs.

ob/km2

v ha

abs.

ob/km2

v ha

abs

ob/km2

Ústí n.L.

40 444 119 260

295

11 750 100 072

852

28 694 19 188

67

Teplice Bílina Litvínov Most

34 559 107 341 12 353 20 639 23 602 40 074 23 114 76 599

311 167 170 331

19 769 3 240 7 191 8 694

91 324 15 709 35 684 67 691

462 485 496 779

14 790 16 017 9 113 4 930 16 412 4 390 14 420 8 908

108 54 27 62

Chomutov

48 613

81 245

167

4 638

70 823

1 527

43 974 10422

24

Kadaň Modelové území

44 920

43 795

97

12 923

36 459

282

31 996

7 336

23

227 605 488 953

215

68 205 417 762

613

159 399 71 191

44

(Dejmal, 2008)

Problematika technických rekultivací či spontánní sukcese je vázána na modelové území Chomutovsko – ústecké oblasti, zejména na městský prostor, kde je průměrná hustota obyvatel ve výši 613 obyvatel na km2, např. v oblasti Chomutovska se jedná o hustotu 1 527 obyvatel na km2 a Mostecka 779 obyvatel na km2. Toto vysoké zalidnění si zaslouží vytvářet estetické a zdravé životní prostředí s funkčními lesními, zemědělskými a hydrickými ekosystémy. Závěr Smyslem rekultivace je technická a biologická obnova území (opětovná kultivace znehodnocených pozemků). Revitalizace krajiny je funkční zapojení území do krajiny, vytvoření estetického a krajinného fenoménu, obnova přirozených funkcí ekosystému. Revitalizace území je komplexní sociálně ekonomická obnova regionu. Jde o obnovu zdevastované krajiny, sídelních útvarů, vytváření pracovních míst a prosperity. Smyslem resocializace je navrácení území člověku pro jeho život, bydlení, obživu a volný čas. V Podkrušnohoří je aktuálním problémem území po těžbě rekultivovat formou lesnické, zemědělské a hydrické rekultivace s vytvářením podmínek pro revitalizaci území, které je třeba postupně zapojovat do resocializace. Více jak 60 let byla tato oblast energetickou základnou Československého státu. Umožnila rozvoj celé řady odvětví. Podkrušnohoří bylo podle plánu státních orgánů exploatováno a patřilo k nejvíce zatíženým regionům ve střední Evropě. Nyní je na místě ve 21. století dluh k této oblasti splatit. Stát by měl této oblasti výrazně pomoci k revitalizaci území a její resocializaci a aktivní politikou vytvářet podmínky i pro restrukturalizaci tohoto regionu. Vypracováno v rámci projektu Ministerstva pro místní rozvoj č. WD-44-07-1 „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů a území po těžbě uhlí na příkladu Podkrušnohoří“.

36


Literatura CUDLÍN, P., ZEMEK, F., TĚŠITEL, J., LAPKA, M., HANOUSKOVÁ, I. (2001) Stress concept: Possible tool to study changes in landscape. Ekológia 20: 3–13. CUDLÍN, P. a kol. (2008) Teoretické aspekty revitalizace krajiny (pracovní zpráva pro FŽP) ČERMÁK P., a kol. (1999) Rekultivace území, VÚMOP Praha DEJMAL I. (2007) Demografické a sociální limity rozvoje Podkrušnohorské pánve, Studie, 24 s. DEJMAL I. (2008) Demografické a sociokulturní charakteristiky, Studie pro FŽP, 27 s. KLINDA, J.( 2000) Terminologický slovník environmentalistiky. Ministerstvo životného prostredia SR, Bratislava. Kolektiv (2000) Akademický slovník cizích slov A–Ž, Academia, Praha. KRYL V., FRÖLICH E., SIXTA J. (2002) Zahlazení hornické činnosti a rekultivace, VŠB Ostrava KUKAL, Z., REICHMANN, F. (2000): Horninové prostředí České republiky, jeho stav a ochrana. Český geologický ústav, Praha. LISICKÝ, M. J. (1993) Renaturácia a revitalizácia – významné aktivity v ochrane prírody a starostlivosti o krajinu. Životné prostredie 27, 3: 117–119. LYSENKO, V. (1996): Analýza využívání vybraných nerostných surovin v České republice z hlediska ochrany životního prostředí. Zpravodaj MŽP 1996, č. 4, s. 3–5. PROKOPOVÁ, M., CUDLÍN, P. (2008) Teoretické základy revitalizace krajiny. Interní materiál 40 s. AV ČR, České Budějovice ŠTÝS, S. a kol. (1981) Rekultivace území postižených těžbou nerostných surovin. SNTL, Praha. ŠTÝS, S. (2001): Mostecko – minulost – současnost, Most. VRÁBLÍKOVÁ, J. a kol. (2007) Charakteristika přírodních poměrů v antropogenně postižené oblasti Severních Čech. Studia Oecologica číslo 2/2007, FŽP UJEP Ústí nad Labem VRÁBLÍKOVÁ, J. a kol. (2007) Možnosti trvale udržitelného hospodaření v antropogenně postižené krajině. 123 str. UJEP Ústí nad Labem 2007 VRÁBLÍKOVÁ, J. a kol. (2008) Revitalizace antropogenně postižené krajiny v Podkrušnohoří I. část. 182 str. FŽP UJEP VRÁBLÍKOVÁ, J., VRÁBLÍK, P. (2008) Příspěvek k problematice disparit v Podkrušnohoří. Studia Oecologica číslo 1/2008, FŽP UJEP Ústí nad Labem

37


Materiál z konference v Parlamentu ČR 13. 09. 2007 Revitalizace a resocializace území rekultivovaného území (CD) Materiál z MŽP Závěry odborného semináře Obnova těžbou narušených území a legislativa, konaného dne 14.4.2008 na MŽP v Praze (za správnost ručí RNDr. Miroslav Hátle, CSc. – Správa CHKO Třeboňsko, prof. RNDr. Karel Prach, CSc. – Př.F JU AV ČR, RNDr. Jiří Řehounek–Calla) z www.env.cz

38


POSTAVENÍ SPRÁVNÍCH OBVODŮ OBCÍ S ROZŠÍŘENOU PŮSOBNOSTÍ – KOMPARACE NA ÚROVNI PÁNEVNÍCH OKRESŮ, ÚSTECKÉHO KRAJE A ČESKA POSITION COUNTY COMMUNITY WITH EXTENDED ACTION – COMPARISON ABREAST BASIN DISTRICTS, ÚSTÍ REGION AND CZECHIA Milan JEŘÁBEK Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem Přírodovědecká fakulta, České mládeže 8, 400 96 Ústí nad Labem [email protected]

Abstrakt Příspěvek je založen na porovnání dosažené úrovně správních obvodů s rozšířenou působností: v pánevních okresech jich je 7, ve zbývající části Ústeckého kraje 8. Hodnocení vychází ze čtyř tematických okruhů: demografické prostředí a sídelní struktura, sociální prostředí, ekonomické prostředí a infrastruktura, poloha, dostupnost a životní prostředí. Vedle textové části je zastoupena i tabulka, četné grafy a mapa. Abstract Contribution is found on comparison achievement levels county with extended action: in basin districts them is 7, in Ústí region 8. Classification go out from tetra thematic circle: demographic conditions and settlement structure, social conditions, economic conditions and infrastructure, position, availability and environment. Be the side textual parts is substitution and table, numerous graph and map. Klíčová slova: Správní obvod, demografie, osídlení, ekonomie, životní prostředí, infrastruktura Keywords: Administrativ county, settlement, demography, ekonomy, environment, infrastructure Úvod Ke zpracování této studie byla jako podkladový materiál využita publikace Českého statistického úřadu obsahující vedle dílčích tematicky zaměřených okruhů i syntetické hodnocení regionálních rozdílů. Jedná se o jeden z prvních pokusů o komplexní pohled na problematiku socioekonomického rozvoje a jeho územní diferenciaci. Ve shodě s ČSÚ si klademe výzkumné otázky, přičemž právě následující hodnocení nám má poskytnout příslušné odpovědi:  Jaké je postavení jednotlivých správních obvodů obcí s rozšířenou působností (SO ORP) v rámci Ústeckého kraje (ULK) resp. oblasti Severočeské hnědouhelné pánve (SHP)?  Která území kraje (pánve) se významně liší od průměru? Existují v kraji (pánvi) výrazně problémové (zaostávající) oblasti?  Změnilo se postavení jednotlivých SO ORP kraje (pánve) v posledních letech?

39


K zachycení různorodých aspektů byly definovány a postupně naplněny ukazateli (údaji) čtyři oblasti: demografické prostředí a sídelní struktura (D), sociální prostředí (S), ekonomické prostředí (E) a infrastruktura, poloha, dostupnost a životní prostředí (I). Na základě určitých, víceméně standardních kritérií – jako např. reprezentativnost, úplnost, srovnatelnost, vypovídací schopnost – bylo vybráno celkem 52 ukazatelů. Zhruba polovinu můžeme považovat za víceméně běžné, druhá část si zaslouží vysvětlení. Způsob jejich konstrukce je proto zařazen na závěr příspěvku (Zdroj: Regionální rozdíly v demografickém, sociálním a ekonomickém vývoji Ústeckého kraje. Český statistický úřad, Krajská správa Ústí nad Labem, 2006, s. 146–147). Následně byla expertní (delfskou) metodou stanovena jejich váha (viz tabulka v závěru příspěvku) tak, že v každé oblasti se součet rovná jedné. Konkrétní data pak pocházejí jednak z průběžné statistiky (pokud bylo možné, byl použit průměr z let 2001–05), jednak z jednorázových či nepravidelných šetření (především sčítání lidu, domů a bytů z roku 2001). Příslušné hodnoty jsou však nahrazeny oceněním pomocí školní stupnice (1 až 5) na základě zařazení do pentilů. Je přirozené, že charakter ukazatelů se – s ohledem na směr jejich působení – liší. U pozitivně orientovaných, např. vzdělanost, tak jako optimum („jednička“, tj. v prvním pentilu) je stanoveno maximum, u negativně vnímaných, např. kriminalita, je tomu naopak. Tímto postupem lze identifikovat postavení jednotlivých SO ORP v dílčích oblastech i komplexním hodnocení, tj. jako souhrn sledovaných čtyř oblastí. Postavení správních obvodů obcí s rozšířenou působností v letech 2001–05 a jeho změna v čase BLOK D: DEMOGRAFICKÉ PROSTŘEDÍ, SÍDELNÍ STRUKTURA Ze souhrnného hodnocení prvního bloku je zřejmé, že ze SO ORP pánve (případně kraje) jsou na tom nejlépe Ústí n. L. a Teplice (dále Roudnice n. L. a Litoměřice). Jen u některých ukazatelů (okruhů) vykazují obdobné příznivé hodnoty: zjednodušeně se jedná o vzdělanostní strukturu, participaci na vyšším vzdělávání a strukturu osídlení (D7, D8, D12). Na prvním místě Ústí n. L. se podílí příznivá věková struktura, vyšší úhrnná plodnost či nadprůměrná hustota zalidnění. Teplice se umístily v popředí mj. díky migrační atraktivitě a zastoupení cizinců. Na druhém pólu, tedy s nepříznivou situací (případně vývojem), se potýkají Bílina a Kadaň (mimo SHP pak Podbořany). Zde se setkáváme jednoznačně se shodnými rysy, jako je zejména nadprůměrná úmrtnost, nižší vzdělanost, vyšší sociálně-demografická nestabilita (D2, D3, D7, D9). Ne ve všech charakteristikách se tyto regiony pohybují mezi špatnými, např. celkové hodnocení Bíliny je „vylepšováno“ první pozicí v kraji u úhrnné plodnosti a indexu stáří. Z hlediska vývojového došlo k největším změnám v pořadí SO ORP u úhrnné plodnosti. Ta při porovnání mezi obdobími 1996–2000 a 2001–2005 vzrostla, v každém správním obvodu ale s jinou intenzitou (např. Ústí n. L. se posunulo v ULK o 9 míst). Obdobný „osud“ se týká migrační atraktivity pro mladou generaci, když např. Most se posunul o sedm příček nahoru. BLOK S: SOCIÁLNÍ PROSTŘEDÍ Hodnocení sociální situace potvrzuje nepříznivou situaci pánevní oblasti, neboť v popředí v pozitivním smyslu slova se neprosazuje žádný ze spádových obvodů ORP. (Nejlépe se umístily Podbořany, následované dalšími zástupci z jižní, spíše zemědělsky orientované oblasti: Lovosice, Roudnice n. L., Litoměřice a Žatec.) Mezi obvody s největšími sociálními problémy patří Most, Litvínov (a Rumburk). Tyto obvody vykazují vysokou míru nezaměstnanosti (S1), byť částečně kompenzovanou relativně příznivým podílem nezaměstnaných nad 50 let (S4). Společným znakem je 40


rovněž nízká intenzita bytové výstavby (S6, S7). Dále se v pánevní oblasti setkáváme s poměrně vysokou kriminalitou, vyšším podílem nezaměstnaných do 25 let nebo vysokým počtem pacientů na jednoho lékaře či zubaře. Ve vývojovém srovnání se např. zhoršilo postavení mladých lidí do 25 let v Chomutově, obdobný vývoj byl zaznamenán u bytové potřeby v Ústí n. L., Chomutově, Kadani a Litvínově. Zlepšení evidujeme pouze u volební účasti v Chomutově, kde díky nárůstu o více než 11 % bodů došlo k posunu o osm příček. BLOK E: EKONOMICKÉ PROSTŘEDÍ Mezi ORP ekonomicky nejvýkonnější se z pánevních spádových obvodů řadí pouze Ústí n. L., když první skupinu dále tvoří Litoměřice a Děčín. Příznačná je pro ně vysoká intenzita podnikatelské aktivity (E3), nízká specializace (E8), nadprůměrné zastoupení terciéru (E7), vysoké zastoupení zaměstnaných ve skupině 55–64 letých (E1) a vyšší daňové příjmy na obyvatele (E5). Zcela svébytné postavení u produktivity průmyslu zaujímá Litvínov, který má celkovou hodnotu tržeb na zaměstnance nejvyšší nejen v kraji, ale i na celostátní úrovni. Mezi slabší patří naopak Bílina, která se navíc značně odlišuje od ostatních SO ORP (Podbořany, Varnsdorf, Rumburk) této skupiny. Postavení Bíliny lze vysvětlit zejména nízkou podnikatelskou aktivitou, nízkým zastoupením podniků se zahraničním kapitálem (E3), nevyhovující odvětvovou strukturou (E7, E8), nedostatečnými finančními zdroji pro rozvoj (E5, E 6) a okrajovým významem cestovního ruchu (E13, E 14). V tomto bloku je možně sledovat vývoj jen u čtyřech ukazatelů. U míry zaměstnanosti osob ve věku 55–64 let se zlepšilo postavení obvodů Most a Litvínov, Bílina se posunula vpřed u komplexně funkční velikosti. Naopak ztráta nebo posun v negativním smyslu zaznamenáváme u indexu lokalizace ve stavebnictví pro Chomutov, Bílinu a Ústí n. L. BLOK I: INFRASTRUKTURA, POLOHA, DOSTUPNOST, ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Tento tematický okruh se od předchozích okruhů odlišuje pestrostí zvolených ukazatelů působících do značné míry i protisměrně. Svým způsobem doplňují předchozí okruhy a nelze je považovat za homogenní. Nejlepší hodnocení dosahuje Ústí n. L., následované Varnsdorfem a Litvínovem. SO krajského města těží z dobré dostupnosti veřejnou dopravou (I6, 7, 9), polohy ((I8), jakož i vysokého podílu obcí se schválenou územně plánovací dokumentací. Pozice Litvínova je dána rovněž dobrou dostupností sídla obvodu (I10), vysokým významem veřejné dopravy a nadprůměrným podílem obyvatel napojených na infrastrukturní systémy (plyn, kanalizace, ČOV, tj. I1, 2). Ani jeden ze spádových obvodů obcí s rozšířenou působností v pánevní oblasti se nepočítá ke slabším resp. problémovým regionům. Shrnutí postavení správních obvodů obcí s rozšířenou působností v rámci kraje a Česka V tomto případě již zcela abstrahujeme od konkrétních hodnot jednotlivých ukazatelů. Naopak porovnáváme dosažená pořadí (1–16 v Ústeckém kraji resp. 1–7 v pánevní oblasti), která každý SO obsadil ve všech tematických oblastech (D, S, E, I). Zvolená metoda umožňuje nejen posoudit celkové postavení, ale zároveň i vyrovnanost či rozkolísanost podle témat. Ze srovnání mezi obvody vychází nejlépe Ústí n. L. (s výjimkou sociálního prostředí zaujímá 1. či 2. příčku, průměrné hodnocení 2,7 či součet pořadí 4). Dobrou pozici mají také Teplice (2,9 resp. 6). Specifické je postavení Mostu, kde jednotlivé oblasti vykazují velmi rozdílné hodnocení (7 – 10 – 5 – 16. místo). Poslední mezi pánevními SO ORP je Bílina (3,42 resp. 11). 41


V celorepublikovém srovnání zjišťujeme, že Ústecký kraj patří mezi relativně homogenní, sledujeme-li rozmanitost na základě odlišnosti či podobnosti jednotlivých správních obvodů obcí s rozšířenou působností. Tato situace je zřejmě podmíněna polycentrickou strukturou kraje i pánve a odráží se v blízkých hodnotách nezaměstnanosti, některých demografických ukazatelů či indexu progresivity ekonomické struktury. Heterogenita je typická pro intenzitu podnikatelské aktivity: velmi nízká v Bílině, Litvínově a Mostě, vyšší – oproti českému průměru stále nižší – v Roudnici n. L., Litoměřicích či Děčíně. Vysoká, ovšem jen díky Litvínovu, je variabilita produkce na zaměstnance v průmyslu. Pro vybrané ukazatele pro SO ORP Ústeckého kraje (oblasti SHP) platí: – rozlohou se řadí mezi menší jednotky, jejich variabilita – prostřednictvím variačního rozpětí – je nejnižší ze všech krajů; – relativní přírůstek obyvatel kolísá kolem nuly, což zhruba odpovídá republikové hodnotě; rozdíly mezi SO ORP nejsou přitom velké; – úhrnná plodnost v letech 2001–05 ve všech správních obvodech převyšuje republikovou hodnotu, Bílině patří 2. místo (po Lysé n. L. ve Středočeském kraji); – index stáří je (až na 2 SO ORP) nižší než hodnota ČR, minimum v ULK a SHP patří Bílině; – podíl cizinců se pohybuje kolem republikové hodnoty, relativně nejméně jich je v Bílině; – produkce na zaměstnance v průmyslových podnicích s 20 a více zaměstnanci v roce 2005 se koncentruje do dvou skupin: první nad republikovou hodnotou, druhá pod ní; výjimku představuje Litvínov (se zhruba 6-násobkem hodnoty ČR z důvodu zaměření zdejší výroby na petrochemii s vícenásobnými vstupy do výroby); – pro index progresivity ekonomické struktury 2001 zjišťujeme minimum u Kadaně a maximum u Ústí n. L. (2. místo v ČR); – intenzita podnikatelské aktivity je podprůměrná pro všechny SO ORP s výjimkou Roudnice n. L., nejnižší je v Bílině, méně má jen Orlová v Moravskoslezském kraji; – vůbec nejhorší situace v průměrné nezaměstnanosti v letech 2001–05, i nejlepší obvod Lovosice 3 % body nad republikovou hodnotou, Litvínovu (se 24 %) a Mostu se blíží pouze Karviná v Moravskoslezském kraji; – počet pracovních míst na 1 000 zaměstnaných (bydlících v SO ORP) se pohybuje kolem republikového průměru; – podíl zemědělské půdy na celkové výměře je značně diferencován, minimum Litvínov s 11 % (nejméně ze všech SO ORP v ČR) vs. maximum Roudnice n. L. se 79 %; – intenzita privátní bytové výstavby v letech 2001–05 je nejnižší ze všech krajů, přičemž ani jeden obvod nedosahuje republikovou hodnotu (obdobná situace pouze v Karlovarském kraji), minimum patří Bílině; – podíl obyvatel v domech s přípojkou na plyn ze sítě (2001) je nadprůměrný, nejlepší pozici zaujímá Chomutov (předstižen je pouze Plzní, Hodonínem a Havířovem). Zdroj: Regionální rozdíly v demografickém, sociálním a ekonomickém vývoji Ústeckého kraje. Český statistický úřad, Krajská správa Ústí nad Labem, 2006, 157 s. Příspěvek byl zpracován v rámci projektů „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů a území po těžbě uhlí na příkladu Podkrušnohoří“ (MMR ČR č. WD-44-07-1) a MPSV ČR „Metodika hodnocení sociálních a ekologických souvislostí ekonomické transformace: teorie a aplikace“ (číslo 1J 008/04-DP1).

42


DEMOGRAFICKÉ PROSTŘEDÍ, SÍDELNÍ STRUKTURA D4 D5 D7

saldo vnitřního stěhování osob ve věku 20–34 let na 10 000 obyvatel celkem saldo vnitřního stěhování osob ve věku 55–74 let na 10 000 obyvatel celkem vážený součet podílů obyvatel na 15 let s dosaženým stupněm vzdělání: ZŠ, vyučen, SŠ s maturitou, VO3 a VŠ; váhy zohledňují počet let školní docházky, kterých je standardně potřeba k dosažení daného stupně vzdělání D8 podíl studujících osob ve věku 15–29 z celkové populace příslušného věku D9 souhrnný ukazatel zahrnující: podíl rodáků žijících v SO ORP, migrační přírůstek, podíl neúplných rodin, podíl dětí narozených matkám mladším 20 let, potratový index, podíl umělých přerušení těhotenství žen mladších 20 let na všech UPT, rozvodovost, podíl obyvatel se základním vzděláním a bez vzdělání D12 vážený součet podílů obyvatel žijících v nejmenších obcích: obce do 200 obyvatel (váha 0,5), obce s 200–499 obyvateli (váha 0,333), obce s 500–999 obyvateli (váha 0,166) SOCIÁLNÍ PROSTŘEDÍ S5 trvale obydlené byty na 100 cenzových domácností S6 dokončené byty stavěné soukromou osobou na 1000 obyvatel S7 dokončené byty stavěné obcí či státem na 1000 obyvatel S8 podíl bytů III. a IV. kategorie z celkového počtu trvale obydlených domů S10 podíl vydaných obálek z celkového počtu registrovaných voličů EKONOMICKÉ PROSTŘEDÍ E2 vážený průměr počtu obyvatel (váha 1), pracovních míst celkem (váha 2) a pracovních míst ve službách (váha 3) E3 podíl samostatně činných včetně zaměstnavatelů z celkového počtu ekonomicky aktivních obyvatel E7 vážený součet podílu jednotlivých sektorů na celkové zaměstnanosti bydlícího obyvatelstva: primární (váha 1), sekundární (váha 2), služby – OKEČ G-I (váha 3), služby – OKEČ J-O (váha 4) E8 variační koeficient podílu jednotlivých odvětví (oddíly OKEČ) na celkové zaměstnanosti bydlícího obyvatelstva E11 podíl zaměstnaných ve stavebnictví v ORP na zaměstnaných ve stavebnictví v kraji dělený podílem ekonomicky aktivních v ORP na ekonomicky aktivních v kraji E12 průměrná úřední cena zemědělské půdy počítaná jako vážený průměr cen v jednotlivých katastrech, vahou je výměra zemědělské půdy E13 průměrný potenciál území vypočtený jako vážený průměr hodnot příslušných obcí, vahou je výměra obce. Průměrný potenciál je vážený ukazatel, expertní metodou byl ohodnocen potenciál pro dílčí složky cestovního ruchu – přírodní, kulturní aj. (podle Ústavu územního rozvoje Brno) E14 počet lůžek v hromadných ubytovacích zařízeních na 1000 obyvatel INFRASTRUKTURA, POLOHA, DOSTUPNOST, ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ I4 poměr ekologicky pozitivně využívaných ploch (lesy, sady, zahrady, vinice, chmelnice, louky a pastviny, vodní plochy) k ekologicky negativně využívaným (orná půda, zastavěné plochy, ostatní plochy – např. dopravní, těžba aj.) I6 podíl obyvatel využívajících k denní dopravě do zaměstnání nějaký druh veřejné dopravy z celkového počtu osob denně dojíždějících za prací I8 syntetický ukazatel vycházející z počtu bodů přidělených na základě přítomnosti rozvojových os a oblastí a urbanizačních os a oblastí a jejich významu: regionální, nadregionální, mezinárodní. Rozvojový potenciál představují území s intenzivním současným i budoucím využitím. Souvisí s koncentrací obyvatelstva, ekonomických a kulturních aktivit. Urbanizační potenciál je více vázán na osídlení a aktivity obyvatelstva. I9 průměrná doba cesty automobilem z obcí SO ORP do krajského města I10 průměrná doba cesty automobilem z obcí SO ORP do sídelního města ORP

43

+ + + + + + + + -

+ + + + + -

2001–05 2001–05 2001К05 2005 2001 2001 2001–05 2005 2005 2005 2005

31. 12. 2005 31. 12. 2005 31. 12. 2005 31. 12. 2005 2001 2001–05 2001–05 2001 2001 2006 2005

Směr působení

2001–05 2001–05

Období

0,116 0,081 0,094 0,085 0,077 0,069 0,065 0,049 0,054 0,036 0,061

0,087 0,097 0,053 0,074 0,063 0,032

0,059 0,104 0,065 0,106 0,102

0,093 0,063

Váha

2 5 3 1 1 5 2 2 4 5 3

5 5 5 3 2 3 3,74 15

4 5 5 1 5

1 5

Bílina

3 3 4 1 1 3 5 1 4 2 5

1 5 3 3 1 2 3,01 6

4 4 4 2 3

4 2

2 3 5 2 1 2 1 1 4 5 5

2 5 4 5 1 5 3,62 14

5 5 3 1 4

4 4

5 4 3 2 2 5 5 1 3 3 3

1 4 4 3 1 2 3,27 11

4 3 4 4 3

4 5

5 3 5 1 1 5 5 1 5 4 3

2 5 5 1 1 2 2,84 5

5 3 4 1 2

3 4

2 5 3 2 1 3 4 2 2 4 4

2 4 2 1 1 2 2,55 3

4 1 3 3 2

4 4

v tom správní obvody obcí s rozšířenou působností Chomutov Kadaň Litvínov Most Teplice

Tabulka Postavení správních obvodů obcí s rozšířenou působností v oblasti Severočeské hnědouhelné pánve (2001-05)

DEMOGRAFICKÉ PROSTŘEDÍ, SÍDELNÍ STRUKTURA D1 úhrnná plodnost D2 standardizovaný index úmrtnosti na nemoci oběhové soustavy D3 standardizovaný index úmrtnosti na novotvary D4 migrační atraktivita pro mladé (20–34 let) D5 migrační atraktivita pro starší osoby (55–74 let) D6 index stáří D7 souhrnný ukazatel vzdělanosti obyvatel ve věku 25–64 let D8 míra účasti na sekundárním a terciárním vzdělávání D9 souhrnný ukazatel sociálně-demografické nestability D10 podíl cizinců na obyvatelstvu D11 hustota zalidnění D12 index sídelní rozdrobenosti D13 počet částí obcí na 1 obec průměrná známka pořadí v Ústeckém kraji SOCIÁLNÍ PROSTŘEDÍ S1 míra nezaměstnanosti S2 podíl nezaměstnaných žen S3 podíl osob do 25 let na počtu nezaměstnaných S4 podíl osob nad 50 let na počtu nezaměstnaných S5 bytová potřeba S6 intenzita "privátní" bytové výstavby S7 intenzita "veřejné" bytové výstavby S8 podíl substandardního bydlení S9 obytná plocha bytu na 1 osobu v m2 S10 volební účast při volbách do PSP ČR S11 počet registrovaných pacientů na 1 praktického lékaře pro dospělé

OKRUH / ukazatel

1 2 4 2 2 5 3 1 4 3 5

2 4 1 1 1 4 2,33 1

4 4 5 2 1

1 1

Ústí n. L.

20 25 27 11 9 28 25 9 26 26 28

15 32 24 17 8 20

30 25 28 14 20

21 25

2,86 3,57 3,86 1,57 1,29 4,00 3,57 1,29 3,71 3,71 4,00

2,14 4,57 3,43 2,43 1,14 2,86 3,05

4,29 3,57 4,00 2,00 2,86

3,00 3,57

souhrn abs. pořadí

počet registrovaných pacientů na 1 praktického zubního 2005 lékaře S13 počet žáků na 1 třídu (1.–9. ročník) 2004 S14 zjištěné trestné činy na 1000 faktických obyvatel 2005 S15 podíl trestných činů spáchaných recidivisty 2005 průměrná známka pořadí v Ústeckém kraji EKONOMICKÉ PROSTŘEDÍ E1 míra zaměstnanosti ve věku 55–64 let 2001 E2 komplexně funkční velikost regionu 2001 E3 intenzita podnikatelské aktivity (na ekonomicky 2001 aktivní) E4 podíl zaměstnanců v podnicích pod zahraniční 2005 kontrolou v průmyslových podnicích nad 20 zaměstnanců E5 daňové příjmy obcí na 1 obyvatele 2003–05 E6 podíl kapitálových výdajů obcí 2003–05 E7 index progresivity ekonomické struktury 2001 E8 míra odvětvové specializace ekonomické struktury 2001 E9 produktivita práce v průmyslu 2005 E10 průměrná hrubá měsíční mzda v průmyslu 2005 E11 index lokalizace ve stavebnictví 2001 E12 bonita zemědělské půdy 2002 E13 potenciál cestovního ruchu 2002 E14 kapacity hromadných ubytovacích zařízení 2005 průměrná známka pořadí v Ústeckém kraji INFRASTRUKTURA, POLOHA, DOSTUPNOST, ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ I1 podíl obyvatel bydlících v domech s přípojkou na plyn 2001 ze sítě I2 podíl obcí připojených na veřejnou kanalizaci s ČOV 2004 I3 podíl obcí se schválenou územně plánovací 2005 dokumentací I4 ekologická stabilita krajiny 2005 I5 podíl výměry chráněných území na celkové výměře 2005 I6 relativní význam veřejné dopravy 2001 I7 průměrná doba denní vyjížďky za prací z obce bydliště 2001

S12

0,051 0,049 0,066 0,047

0,067 0,082 0,093 0,047

0,089 0,075 0,083 0,075 0,085 0,083 0,046 0,051 0,073 0,052

0,107 0,132 0,08 0,119 0,075 0,121 0,098

-

+ + + +

+ + + + + + + + +

+ + + + + + -

5 4 2 3

3 4

2

3 5 5 5 5 2 5 2 5 5 4,19 16

5

4 3 5

2 4 1 2,84 9

4

4 5 3 3

2 5

1

2 3 3 3 5 3 4 2 4 4 3,3 6

2

4 4 3

4 4 4 3,15 13

4

4 5 3 2

1 4

2

2 5 5 4 5 3 3 3 2 1 3,46 9

1

3 5 4

2 2 4 2,76 8

4

3 5 1 5

2 4

2

3 4 4 4 1 1 5 5 3 5 3,51 11

4

3 4 5

2 4 3 3,29 14

2

5 5 5 5

2 4

1

1 4 2 3 5 2 5 1 5 5 3,33 7

3

3 3 5

4 4 2 3,53 16

4

4 5 5 3

1 4

2

4 5 2 2 5 4 3 3 1 4 3,23 4

3

3 4 2

1 5 1 2,86 12

4

4 3 2 5

4 1

2

1 4 1 1 5 3 3 5 3 5 2,71 2

4

1 1 3

3 5 5 3,06 12

3

29 32 21 26

15 26

12

16 30 22 22 31 18 28 21 23 29

22

21 24 27

18 28 20

25

4,14 4,57 3,00 3,71

2,14 3,71

1,71

2,29 4,29 3,14 3,14 4,43 2,57 4,00 3,00 3,29 4,14 3,39

3,14

3,00 3,43 3,86

2,57 4,00 2,86 3,07

3,57

I9 I10

I8

poloha SO ORP vůči rozvojovým a urbanizačním osám a oblastem dostupnost krajského města individuální dopravou dostupnost sídla ORP individuální dopravou průměrná známka pořadí v Ústeckém kraji celková průměrná známka celkové pořadí v Ústeckém kraji 2005 2005

2005 -

+ 0,085 0,094

0,089 2 1 2,89 4 3,42 11

3 4 3 3,26 8 3,18 8

4 5 4 3,23 7 3,27 10

4 3 1 2,85 3 3,23 10

4 3 2 3,47 10 3,29 10

3 1 3 2,96 5 2,90 6

2 1 3 2,71 1 2,70 4

1

19 17

21

2,71 2,43 3,05

3,00


Graf 1 Příspěvky ukazatelů k souhrnné známce

pro demografické prostředí a sídelní strukturu (D) (ČSÚ)

pro sociální prostředí (S) (ČSÚ)

47


pro ekonomické prostředí (E) (ČSÚ)

pro infrastrukturu, polohu, dostupnost a životní prostředí (I) (ČSÚ)

48


Graf 2 Přehled pořadí správních obvodů obcí s rozšířenou působností v jednotlivých tematických okruzích (ČSÚ)

Mapa Přehled subregionů a správních obvodů obcí s rozšířenou působností v Ústeckém kraji 49


VÝSLEDKY PRŮZKUMU FAUNY PAVOUKŮ A TEPLOTNÍCH MĚŘENÍ V JESKYNÍCH NA VRCHU BOŘEŇ U BÍLINY RESULT OF ARACHNOLOGICAL SURVEY AND TEMPERATURE MEASUREMENT OF CAVES FROM BOŘEŇ HILL NEAR BÍLINA TOWN Michal HOLEC, Richard POKORNÝ Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected], [email protected]

Abstrakt V Bilanině (též Michlově) jeskyni (vrch Bořeň u Bíliny) a v menší jeskyni, autory nazvané Jeskyňka na Bořni, probíhal v roce 2007 a 2008 průzkum pavouků a teplotní měření. Fauna pavouků sledovaných jeskyní je druhově chudá, stejně jako je malé i množství odchycených jedinců. K významnějším nálezům patří zejména Improphantes improbulus (Simon, 1929), Centromerus capucinus (Simon, 1884), Ero aphana (Walckenaer, 1802) a Textrix denticulata (Olivier, 1789). V souladu s dřívějšími měřeními jiných autorů i naše měření potvrzují dynamičnost klimatu Bilaniny jeskyně a druhé menší jeskyně – Jeskyňky na Bořni. Teploty naměřené v Bilanině jeskyni jsou blízké teplotám naměřeným v malé Jeskyňce na Bořni a i hodnotám z okolního – nejeskynního – prostředí. Abstract In the Bilanina (other name Michlova) jeskyně cave (Bořeň hill near Bilina town) and at the small cave, by authors called Jeskyňka na Bořni small cave, investigation of spiders and temperature measurement was carried out during the years 2007–2008. Species diversity and number of recorded specimens was relatively small, nevertheless several rarely in Czechia collected spider species were recorded in the caves, especially: Improphantes improbulus (Simon, 1929), Centromerus capucinus (Simon, 1884), Ero aphana (Walckenaer, 1802) and Textrix denticulata (Olivier, 1789). Temperature measurements indicated in concordance with other authors, that Bilanina jeskyně cave is a dynamic cave. The same was true for second small cave – Jeskyňka na Bořni. Temperatures of both caves are similar and they are also close to temperature measured outside of caves. Klíčová slova: pavouci, jeskyně, vrch Bořeň, Bilanina jeskyně, Michlova jeskyně, faunistika, Improphantes improbulus, Centromerus capucinus, teplotní měření Keywords: spiders, caves, Bořeň hill, Bilanina jeskyně cave, Michlova jeskyně cave, faunistics, Improphantes improbulus, Centromerus capucinus, temperature measurement Úvod Vrch Bořeň u Bíliny je tvořen fonolitem s mohutnou sloupcovitou odlučností (Chvátal, 1996). Ve vrcholové části je fonolit rozpukán ve svislé šestiboké sloupy. Postupujícím zvětráváním mezi sloupy vznikají pukliny, které se rozšiřují a hranolovité sloupy sjíždějí na příkrém svahu nebo se odlamují, čímž vznikají drobné útvary, jako např. jeskyně, rozsedliny apod. (Král, 1950). K nejznámějším objektům patří Bilanina, nebo též Michlova, jeskyně. V širším okolí Bilaniny jeskyně bylo zastiženo několik objektů, které 50


byly dříve popsány jako „jeskyňky“ (kolektiv, 2005). Terénní průzkum autorů však ukázal, že s výjimkou jednoho útvaru (pracovně nazvaného jako tzv. jeskyňka na Bořni, viz též Pokorný, Holec, Pokorná, 2008), se jedná pouze o objekty, jež lze morfologicky hodnotit jako výklenky a rozsedliny (Rubín, Balatka a kol., 1986), navíc malých rozměrů. Proto jsme se jimi v této práci, která se zabývá faunou pavouků jeskyní, nezabývali. Cílem práce je tak průzkum pavouků dvou výše zmíněných jeskyní doplněný základním popisem především teplotních charakteristik prostředí jeskyní. Pro účely této práce vycházíme z definice jeskyně jako přirozené duté prostory v horninovém komplexu, která je alespoň v jednom svislém průřezu ze všech stran obklopena okolní horninou a má tak v tomto místě své stěny, strop a dno (Kettner, 1948), rozšířenou o speleology běžně konstatovaný fakt, že by měla být přístupná, resp. průlezná člověkem (př. Pokorný, Pokorná, 2007). Materiál a metodika Lokalita Vrch Bořeň, jehož jsou zájmové jeskyně součástí, se nachází 2 km JZ od Bíliny v okrese Most. Geomorfologicky je Bořeň součástí celku České středohoří, podcelku Milešovské středohoří a okrsku Bořeňské středohoří (Demek, Mackovčin, 2006). Klimaticky spadá do teplé oblasti W2 dle Quitta (Tolasz a kol., 2007). Geologicky je tvořen fonolitem, který rozpukává v hranolovité sloupy (Chvátal, 1996). Pukáním a dalšími pohyby horniny vznikají jeskyně a podobné geomorfologické objekty (Král, 1950). Bilanina jeskyně Bilanina jeskyně, největší z puklin na Bořni, se nachází 255 m nade dnem údolí Bíliny, 150 m JV od vrcholu (539 m n.m.). Na okraji skalního výběžku nazývaného horolezci Pravý jižní pilíř vede strmě vzhůru skalní průrva, tzv. Nádvoří, zakončená nakloněným fonolitovým sloupem označovaným jako Přepadlý pilíř (kolektiv, 2005). Pod ním je v úzké puklině vchod do jeskyně. Nejsnazší přístup k jeskyni je od turistického rozcestníku jižně od Bořně po stezce vpravo nahoru do svahu, nad okrajem lesa přímo po strmé znělcové stěně nahoru východně od Pravého jižního pilíře do skalní průrvy. Vpravo od trhliny se na vnější straně znělcové skály nachází horolezecká cesta Rovná a Komín (Novotný, 1987). Vlastní jeskyně je tvořena velmi úzkou puklinou probíhající paralelně se svahem a několikrát se lomící. Na vstupu má tvar trojúhelníku s podstavou 63 cm, ve výšce 125 cm je šířka pukliny 53 cm, výše se zužuje na cca 40 cm. Vchod má jihozápadní orientaci a je volně přístupný. Puklina prochází směrem vzhůru znělcovým blokem o výšce cca 10 m pravděpodobně až na jeho vrchol. Dno jeskyně tvořené směsí zvětraliny a hlíny, směrem do hloubky velmi ostře stoupá pod úhlem cca 45°. Délka průlezné části dosahuje délky 14,5 m a šířky 20–40 cm, dále se puklina stáčí vpravo nahoru a jeskyně se zužuje do neprůlezné části o délce min. 5 m. O propojení jeskyně s vrcholovou partií Bořně svědčí i voda, která po dešťových srážkách stéká po stěnách. V hlinitém dně v zadních partiích jeskyně lze pozorovat stružky vymleté proudící vodou. Díky proudění vzduchu lze jeskyni označovat jako dynamickou. K charakteristikám jeskyně lze dohledat některé další podrobnosti, včetně popisu historických průzkumů, např. v pracích Theimera (1896), Krále (1950) a Logaje (1965). Jeskyňka na Bořni Přibližně 100 metrů západně od Bilaniny jeskyně a přibližně ve stejné nadmořské výšce se nachází tzv. Střední jižní pilíř a vlevo od něj Levý jižní pilíř. Mezi nimi leží prostora, označovaná jako Levý jižní amfiteátr. V jeho západní stěně takřka v uzávěru amfiteátru se cca 1,5 m nad zemí nachází vstup do malé jeskyně. Přímo nad touto puklinovou jeskyňkou vede horolezecká trasa obtížnosti 3 nazvaná Hubeňour (Novotný, 1987; Kolektiv, 2005). 51


Vstup má podobu zužující se úzké a vysoké pukliny, která má výšku cca 8 m. Průlezný vchod je orientován na jihovýchod a má podobu vysokého čtyřúhelníku s podstavou 74 cm, levou stranou 190 cm, pravou 200 cm a horní stranou 23 cm. Jeskyně se dále zužuje směrem vzhůru, 2 m od vstupu do jeskyně je ve výšce 1 m zaklíněný velký balvan. Pod ním jeskyně pokračuje 1 m úzkou neprůleznou puklinou, nad ním je průlezná délka 140 cm a dále neprůlezná délka 100 cm, celková délka jeskyně tedy dosahuje 440 cm, z toho průlezných je 340 cm. Při průzkumu 6. 5. 2006 z jeskyně vytékal velmi slabý pramen. Odchyt pavouků a měření teploty V každé ze dvou jeskyní byla instalována jedna zemní past plněná 4% formaldehydem a glycerolem. Průměr každé pasti byl 8,5 cm. V případě Bilaniny jeskyně byla zemní past instalována na dno jeskyně do vzdálenosti přibližně 15 m od vchodu. V této části byl rovněž exponován rtuťový maximo-minimální teploměr firmy EXATHERM, s.r.o. V druhé z jeskyní – Jeskyňce na Bořni – byla past exponována cca 1 m od vchodu, tzn. rovněž do maximální možné vzdálenosti pro expozici pasti. V těsné blízkosti pasti byl uložen i rtuťový maximo-minimální teploměr. Kromě pastí byly v době vybírání materiálu z pastí prováděny i individuální sběry pavouků ze stěn, prosev opadu apod. Nomenklatura je sjednocena podle Platnicka (2008). Odečet teplot a odběr matriálu ze zemních pastí byl prováděn v době od května 2007 do října 2008 v intervalech volených podle možností autorů, tzn. řádově v měsíčních intervalech (viz Obr. 1–3). Výsledky a diskuze Arachnofauna Sledované jeskyně jsou druhově chudé a rovněž počty pastmi nasbíraných jedinců jsou nízké (Tab. 1). Zejména v Bilanině jeskyni, kde je dno tvořeno převážně anorganickým hlinitým a kamenitým substrátem, je limitace rozvoje potravního řetězce – a tedy i společenstva pavouků jakožto dravců – snadno vysvětlitelná a odpovídá našim očekáváním. Větší rozmanitost společenstev pavouků byla však oproti našim výsledkům (Tabulka 1) očekávána v druhé z jeskyní – Jeskyňce na Bořni. Důvodem tohoto předpokladu byla přítomnost relativně mocné vrstvy (10–20 cm) opadu listí, tzn. nezbytného zdroje organické hmoty potřebné pro rozvoj potravního řetězce i společenstva zejména epigeicky žijících pavouků. Nízká druhová rozmanitost i nízké počty jedinců pavouků v této jeskyni je možné vysvětlit zejména izolovaností jeskyně od okolí. Jeskyňka se nachází přibližně 2 m nad okolním terénem a pravděpodobnost výskytu jedinců typických pro hrabanku okolních nejeskynních biotopů je tudíž nižší, než v případě přímé terénní návaznosti na tento biotop. Malé prostory jeskyně limitovaly i možnosti přímého individuálního sběru většího množství jedinců zejména ze stěn jeskyně a tudíž i druhů na stěnách. Podobně bylo nutné vynechat i další metody sběru, jako je prosev, neboť by tím došlo k silnému ovlivnění výsledků, které byly získávány pastmi. Významná by mohla být i limitace rozvoje společenstva pavouků srážkami, tzn. vlhkostí opadu a tím i dostupností organického materiálu potravnímu řetězci. Podobně jako v Bilanině jeskyni, i zde jsou srážky přiváděny pouze lokálně stěnami jeskyně. Přesto zde byla v říjnu 2008 naměřena hmotnostní vlhkost půdy 45 %. Malá plocha dna jeskyně a její štěrbinovitý tvar jsou nejpravděpodobnější příčinou těchto relativně pro půdní faunu obecně příznivých hodnot, a to přes skutečnost, že jeskyně je uzavřená pro vstup přímých vertikálních srážek. Přehled o množství a druhovém složení pavouků je uveden v tabulce 1. Úzký vztah k podzemnímu prostředí, případně podobných biotopů, mají zejména tyto druhy Bilaniny jeskyně: Improphantes improbulus (Simon, 1929) (synonymum Lepthyphantes improbulus Simon, 1929), Nesticus cellulanus (Clerck, 1757) a Meta menardi (Latreille, 1804). 52


I. improbulus je druhem u nás jen velmi lokálně sbíraným v přirozených podzemních prostorách, jako jsou kamenité sutě a vchody jeskyní (Buchar, Růžička, 2002). Kromě podzemních populací jsou známé v rámci Evropy i populace žijící v hrabance lesů (Moritz, 1972). N. cellulanus a M. menardi jsou u nás široce rozšířené druhy osidlující různé, převážně podzemní, biotopy (sklepy, štoly, kanalizace, vchody jeskyní apod.). V Bilanině jeskyni byli však pozorováni pouze ojedinělí jedinci. K nejhojněji sbíraným druhům Bilaniny jeskyně patřil Lepthyphantes leprosus. Pastmi byl druh evidován ojediněle, avšak byl charakteristický pro vlhké pukliny kolmých stěn. Jde o běžný synantropně se vyskytující druh, který je zjišťován např. ve sklepích, sklenících, stájích a dalších budovách. Vyskytuje se však i v dutých stromech či v přirozených kamenitých biotopech, jako jsou kamenité sutě nebo jeskyně. Zajímavý je nález tří jedinců Centromerus capucinus (Simon, 1884) v zemních pastech a individuálních sběrech z Bilaniny jeskyně. C. capucinus je u nás řídce sbíraným druhem stepních biotopů. Červený seznam pavouků uvádí tento druh v kategorii Zranitelný (VUVulnerable) (Buchar, Růžička 2002). V xerotermních nejeskynních biotopech vně Bilaniny jeskyně by bylo možné výskyt očekávat. Výskyt nalezených jedinců v nitru jeskyně je však obtížně vysvětlitelný. Malé počty získaných jedinců umožňují jen diskutabilní názory o těsnosti jeho vazby k životu v jeskyni. Vzhledem k tomu že epigeická aktivita všech zjištěných druhů je zde nízká, lze považovat i nízkou aktivitu C. capucinus za výsledek jeho trvalejšího pobytu v jeskyni, stejně jako za výsledek náhodného odchytu. Druh zde však byl v pastech zjištěn opakovaně, přestože jde o druh nejeskynní, výsledky však ukazují, že Bilanina jeskyně je místem výskytu tohoto druhu a výskyt je pravděpodobně nenáhodný. Podobně jako v předešlém případě i Ero aphana (Walckenaer, 1802) a Textrix denticulata (Olivier, 1789) jsou druhy teplomilné a řídce u nás sbírané (Buchar, Růžička 2002), v Bilanině jeskyně byly však zaznamenány pouze v 1 exempláři. Jejich užší vztah k jeskyni tak tedy není doložen, i přes skutečnost že T. denticulata je druhem sbíraným převážně v kamenitých biotopech (Buchar, Růžička, 2002). Kromě tří druhů byly v Jeskyňce na Bořni zjištěny všechny druhy pavouků zjištěné i v Bilanině jeskyni. Navíc byl zjištěn Tenuiphantes cristatus (Menge, 1866) (synonymum Lepthyphantes cristatus (Menge, 1866)), běžný druh hrabanky lesů, a dále dva nedospělí a blíže nedeterminovaní zástupci čeledi Clubionidae a Agelenidae.

53


Tabulka 1 Přehled druhů a čeledí pavouků získaných průzkumem v období 2007–2008 v jeskyních na Bořni. Číslo před lomítkem značí počet samců, číslo za lomítkem počet samic, číslo za druhým lomítkem značí počet nedospělých jedinců. Údaj bez závorky byl získán zemní pastí, údaj v závorce pochází z individuálního odchytu, vzácně i z prosevu. Čísla za názvem taxonu značí čeledi: 1- Linyphiidae, 2- Mimetidae, 3- Dysderidae, 4Liocranidae, 5- Tetragnathidae, 6- Nesticidae, 7- Agelenidae. Bilanina Jeskyně druh a čeleď Centromerus capucinus (Simon, 1884) 1 Ero aphana (Walckenaer, 1802) 2 Harpactea hombergi (Scopoli, 1763) 3 Tenuiphantes cristatus (Menge, 1866) 1 Improphantes improbulus (Simon, 1929) 1 Lepthyphantes leprosus (Ohlert, 1865) 1 Liocranium rupicola (Walckenaer, 1830) 4 Meta menardi (Latreille, 1804) 5 Nesticus cellulanus (Clerck, 1757) 6 Textrix denticulata (Olivier, 1789) 7 Linyphiidae Clubionidae Agelenidae

1/1 (-/1) (-/1) (-/1)

Jeskyňka na Bořni

1/1 -/1 1/(2/2) 1/3 3/- ( + kokony) 1/-

4/1 1/1/2 (3/6/1) (-/-/2) 1/(1/-) (-/-/1) -/-/1

-/-/2 (-/1) -/-/2 -/-/1

Teplotní měření Teplotní charakteristiky získané ročním měřením obou jeskyní jsou velmi blízké, přestože se jeskyně výrazně liší svou délkou, a blíží se i teplotám z vnějšího prostředí. Nejnižší naměřené teploty v jeskyních byly –4 ºC a ve vnějším prostředí –5 ºC. Maximální teploty nepřesáhly v jeskyních 22 ºC a vně 24 ºC. Námi získané teploty z vnějšího prostředí jsou měřeními z prostor zastíněných kameny, tzn. z prostředí, kde výkyvy teplot jsou rovněž nižší než v otevřeném a teplotně heterogenním prostoru. Bilanina jeskyně, přestože výrazně delší, je jeskyní otevřenou nejenom na svém vchodu, ale i v hlubších částech, kde je místy patrný průnik světla, jak popsal již i Theimer (1896), který měřil i směr kouře zapáleného ohně a zároveň tak zjišťoval i průchodnost jeskyně. Proudění, a tím i rychlému vyrovnávání teplot s okolím, s největší pravděpodobností napomáhá i výrazný sklon dna Bilaniny jeskyně. Jediné publikované teplotní měření z Bilaniny jeskyně uvádí z blíže nespecifikovaného jarního období roku 1892 teplotu uvnitř jeskyně 1°R, tedy 1,25 °C (Anonymus 1892). BILANINA JESKYNĚ 25,0 °C 20,0 °C 15,0 °C 10,0 °C 5,0 °C 0,0 °C -5,0 °C -10,0 °C

minimum

1.8.08

1.6.08

1.4.08

1.2.08

1.12.07

1.10.07

1.8.07

maximum

Obr. 1 Průběh maximálních a minimálních teplot naměřených v zadní části (cca 15 m od vchodu) jeskyně. 54


JESKYŇKA NA BOŘNI 25,0 °C 20,0 °C 15,0 °C 10,0 °C 5,0 °C 0,0 °C -5,0 °C

minimum

1.8.08

1.6.08

1.4.08

1.2.08

1.12.07

1.10.07

1.8.07

maximum

Obr. 2 Průběh maximálních a minimálních teplot naměřených v zadní části (cca 1 m od vchodu) jeskyně. VNĚJŠÍ PROSTŘEDÍ 30,0 °C 25,0 °C 20,0 °C 15,0 °C 10,0 °C 5,0 °C 0,0 °C -5,0 °C -10,0 °C

minimum

1.9.08

1.8.08

1.7.08

1.6.08

1.5.08

1.4.08

1.3.08

1.2.08

1.1.08

1.12.07

1.11.07

1.10.07

1.9.07

1.8.07

maximum

Obr. 3 Průběh maximálních a minimálních teplot naměřených vně zájmových jeskyní. Závěr 1. Fauna pavouků Bilaniny jeskyně i Jeskyňky na Bořni si je poměrně blízká, a to i přes skutečnost že délka jeskyní je výrazně odlišná. 2. Fauna pavouků je tvořena druhy více či méně specializovanými na podzemní prostředí, druhy obecně kamenitých biotopů, včetně lidských staveb, i druhy, jejichž těžiště výskytu je známé z prostředí mimo jeskyni. 3. K méně u nás sbíraným druhům a tedy druhům pozoruhodným z ochranářského hlediska, patří zejména: Improphantes improbulus, Centromerus capucinus, Ero aphana a Textrix denticulata. Červený seznamu pavouků ČR uvádí Centromerus capucinus jako zranitelný druh. 4. Pouze první z výše jmenovaných druhů je druhem s užší vazbou na podzemní biotopy. U ostatních předpokládáme těžiště jejich výskytu v dalších, zejména nelesních, biotopech vrchu Bořeň. Podobně i rozšíření I. improbulus se dá očekávat v dalších kamenitých biotopech, zejména v kamenitých sutích. 5. Studované jeskyně lze tak od okolí odlišit spíše absencí mnoha druhů než výskytem unikátních druhů, což byl i předpoklad. Důvodem tohoto předpokladu je skutečnost, že fauna pavouků charakteristických pro jeskyně je u nás obecně ve srovnání s jinými biotopy poměrně chudá (Růžička, 2007). 6. Teplotní měření ukazují na úzký vztah k chodu teplot ve vnějším prostředí.

55


Poděkování Autoři děkují Dr. V. Růžičkovi za ověření determinací druhů C. capucinus a I. improbulus. Práce byla podpořena projektem MŽP „Studium biologické rozmanitosti arachnocenóz pseudokrasových jeskyní v neovulkanitech severních Čech“ (projekt VaV SP/2d3/4/07). Literatura ANONYMUS (1892): Bilin (Borschenhöhle). Aus Deutschen Bergen, Aussig 7: 77. BUCHAR J., RŮŽIČKA V. (2002): Catalogue of Spiders of the Czech republic. Peres Publishier, Praha. 351 str. DEMEK J., MACKOVČIN P. (eds.) (2006): Zeměpisný lexikon ČR: Hory a nížiny. Brno, Agentura ochrany přírody a krajiny ČR, 582 str. CHVÁTAL P. (1996): Stav evidence pseudokrasových jevů v novulkanitech v Severních Čechách. In: STÁRKA L., BÍLKOVÁ D. (eds.): Pseudokrasové jevy v neovulkanitech České republiky. AOPK ČR, ČSS a SCHKO ČR, Praha, 20–24. Kolektiv (2005): Lezecký průvodce Krušné hory, Střední Poohří a České středohoří. Horoklub Chomutov, 293 str. KETTNER R. (1948): Všeobecná geologie. Část III., Vnější síly geologické, povrch zemský. Melantrich, Praha, 765 str. KRÁL V. (1950): Další nekrasová jeskyně v Českém středohoří. Sborník Československé společnosti zeměpisné, svazek 55, č. 1 – 2, Praha, 224–229. LOGAJ B. (1965): K současnému stavu státní přírodní reservace Bořeň. Mostecko – Litvínovsko, Regionální studie, 3, Most, 25–37. MORITZ M. (1972): Lepthyphantes improbulus Simon, 1929, eine troglobionte Spinne des Kyffhausergebirges. Deutsch. Ent. Z., N.F., 19 (4-5), 307–314. NOVOTNÝ J. (1987): Nepískovcové skály v Čechách: horolezecký průvodce. 2, Západočeský kraj, Severočeský kraj, Východočeský kraj. Olympia, Praha, 333 str. PLATNICK N. I. (2008): The world spider catalog, version 9.0. American Museum of Natural History. Avaiable online at http://research.amnh.org/entomology/spiders/catalog/index.html POKORNÝ R., POKORNÁ K. (2007): Jeskyně skřítků – jeskyně zaniklá, ztracená či existující? Speleo, 47, 40–44. POKORNÝ R., HOLEC M., POKORNÁ K. (2008): List of neovolcanic caves in NW Czechia (The Czech Republic) supplemented with records of spider Meta menardi (Latreille, 1804); preliminary data. Studia Oecologia, 2 (2), 12–17. RUBÍN J., BALATKA B. a kol. (1986): Atlas skalních, zemních a půdních tvarů. Academia Praha, 388 str. RŮŽIČKA V. (2007): Pavouci v jeskyních České republiky. Speleo, 49, 14–19. 56


THEIMER K. (1896): Die Michaelshöhle am Borschen. Erzgebirges Zeitung, Teplitz, 17, 8–10. TOLASZ R. a kol. (2007): Atlas podnebí Česka. Praha, ČHMÚ, 256 s.

57


TĚŽBA UHLÍ – VÝZNAMNÁ DISPARITA PODKRUŠNOHOŘÍ COAL MINING – SIGNIFICANT DISPARITY OF PODKRUŠNOHOŘÍ Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, Petr VRÁBLÍK Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected]

Abstrakt Koncem 19. století začíná těžba hnědého uhlí ovlivňovat krajinu v Podkrušnohoří. Nárůst těžby v poválečném období, zejména v 60. letech, s sebou přináší zvýšené zábory půdy, ale i rozvoj průmyslu a stupňování antropogenní zátěže v regionu. Vrcholu dosahuje těžba v r. 1984. Od té doby dochází k postupnému snižování množství vytěženého uhlí. Těžba a průmyslové aktivity přinesly i celou řadu negativních vlivů a to zejména v oblasti životního prostředí. Podkrušnohoří bylo těžbou ovlivněno cca na 1 400 km2. Původní krajiny byly těžbou změněny a částečně zničeny. V souladu s naší legislativou probíhá i postupná obnova území. Abstrakt Brown-coal mining has started to influence the landscape of “Podkušnohoří” in the end of 19th century. The growth of mining in post-war period, especially in 1960s, has brought increased appropriation of land, on one land, and industry development and intensification of anthropogenic burden in region on the other hand. Brown-coal mining culminated in 1984. Since that time, the amount of mined coal has decreased gradually. Mining and industrial activities brought a lot of negative influences, especially to the environment. Almost 1,400 km2 of “Podkrušnohoří” area was affected by mining. Original landscapes were changed and partly destroyed. Progressive reconstruction of the area proceeds in harmony with our legislation. Klíčová slova: Podkrušnohoří, antropogenně postižení území, těžba, sanace, rekultivace Keywords: Podkrusnohori, anthropogenic affected area, mining, redevelopment, recultivation Úvod Podkrušnohoří má z důvodu těžby hnědého uhlí již od konce 19. století významné postavení v zajišťování paliv v Čechách. Od druhé poloviny 20. století se těžba zvyšuje, rozvíjí se energetický a chemický průmysl, což přináší i vyšší rozsah změn v krajině. Oblast byla obětována zájmům stoupající těžby hnědého uhlí, jehož spalování se stalo základním energetickým zdrojem materiálově a energeticky náročné české ekonomiky. Základní disparitou zde byl nesoulad mezi celospolečenskými zájmy – zajištěním energie spojeného s devastací půdního fondu a krajiny – a na straně druhé – vlastními potřebami a možnostmi regionu. Postupná náprava škod vzniklých báňskou činností má své reálné výsledky a obnovovaná krajina se podílí na sociálněekonomickém rozvoji a pozitivní přeměně území.

58


Cíl Příspěvek je zaměřen na publikaci výsledků získaných z řešení projektu zaměřeného na výzkum regionálních disparit „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů na území po těžbě na příkladu Podkrušnohoří“ WD 44-07-1. Je hodnocen historický vývoj těžby uhlí v Severočeské hnědouhelné pánvi až po současnost. Hodnotí důsledky těžby pro životní prostředí a krajinu. Pro snížení zátěže krajiny a nápravu škod vzniklých báňskou činností jsou prováděny rekultivace, jejichž historický vývoj je analyzován. Výsledky 1. Těžba uhlí Těžba uhlí v historickém vývoji v první polovině 20. století má nerovnoměrný vývoj v návaznosti na tehdejší politickou a sociálně ekonomickou situaci. Po skončení 2. světové války byl v r. 1945 zestátněn soukromý důlní majetek v celé ČSR. V ČSR tak v hornictví bylo znárodněno 129 podniků s 1 189 000 zaměstnanci. V SHR bylo v roce 1945 v provozu 34 dolů hlubinných a 24 povrchových lomů. Celková těžba v revíru dosáhla 11 milionů tun hnědého uhlí. Od druhé poloviny 20. století se těžba zvyšuje, což umožňuje další rozvoj energetického a chemického průmyslu. V severočeské hnědouhelné pánvi v současnosti působí dvě akciové společnosti, které vznikly počátkem 90. let minulého století na základě privatizace bývalých státních podniků koncernu SHD. V Severočeských dolech v chomutovské části pánve těží lom Libouš, v teplické části těží lom Bílina. Tyto lomy jsou součástí akciové společnosti Severočeské doly Chomutov (SDCH a.s.). Na Mostecku v centrální části pánve provozuje svoji činnost lom Československé armády (ČSA) a lom Vršany – Šverma. Jsou součástí akciové společnosti Mostecká uhelná (MUS a.s.), která provozuje v mostecké části pánve i poslední hlubinný hnědouhelný důl v České republice – důl Centrum. Severočeská hnědouhelná pánev je největší a těžebně nejvýznamnější hnědouhelnou pánví v České republice. Zaujímá plochu cca 140 000 ha. (viz Obr. 1)

Obr. 1 Zastoupení ploch ovlivněných důlními aktivitami (Zdroj: Ročenka životního prostředí Ústeckého kraje 2007)

V SHR bylo v roce 1946 vytěženo 13,4 mil. tun hnědého uhlí a roční těžba rychle narůstala, až dosáhla v roce 1984 svého maxima, kdy bylo v SHP vytěženo celkem 74,6 mil. tun hnědého uhlí. Následuje pokles těžeb, v roce 1990 dosáhly výše 62,1 mil. tun hnědého uhlí. Po r. 1990 dochází k útlumu průmyslové činnosti, což se projevuje dopadem i do těžby uhlí. Těžba nadále klesá, v roce 2000 je v SHP vytěženo 40,3 mil. tun hnědého 59


uhlí. Od tohoto období se úroveň těžby relativně stabilizuje a v posledních letech se pohybuje mírně pod hranicí 40 mil. tun ročně. V roce 2007 dosáhla těžba v rámci SHP (MUS a SD) výše 38,858 mil. tun. (viz Graf 1, Tabulka 1 a Graf 2) Přehled o historickém vývoji těžby v SHP dle mil t a let je uveden v grafu č. 1. 70 60 50 40

mil. t

30 20 10 0

1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2007

Graf 1 Historický vývoj těžby v Podkrušnohoří za období 1860 až 2007 (Zdroj: z historie těžby, materiály SHR, MUS a SD)

Vývoj těžby hnědého uhlí v SHP za období 1950 až 2007 je uveden v tabulce č. 1. Tabulka 1 Přehled těžby uhlí Období

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2007

těžba uhlí v mil. tun 19,8 39,6 55,0 67,5 62,1 (Zdroj: materiály SHR, MUS a SD)

40,3

38,3

V současné době se těžba v SHP významně podílí na zajišťování palivoenergetických potřeb celé ČR. V roce 2007 dosáhla těžba hnědého uhlí v ČR výše 49,13 mil. tun a SHP se na této těžbě podílela 79 %. Podíl hnědého uhlí ze SHP na celkových těžbách v ČR je vyjádřen grafem č. 2. 10,3 mil.t; 21%

38,9 mil.t; 79%

Sokolovská pánev

Severočeská hnědouhelná pánev

Graf 2 Těžba hnědého uhlí v ČR v roce 2007 (Zdroj: Kašpar J., 2008)

2. Důsledky těžby uhlí v Podkrušnohoří Dosud se v SHP vytěžilo více jak 3,5 mld. t uhlí, z toho 2,6 mld. tun lomově. Technologie lomové těžby je závislá na nutnosti přemístit z dobývacího prostoru nadložní horniny 60


zprvu na vnější výsypku a později na výsypku vnitřní, lokalizovanou ve vyuhleném prostoru. Vzhledem ke skrývkovému poměru 1:3 až 1:4 to znamená na 1 t uhlí odklidit 3– 4 m3 (tj. 6–8 t) nadložních hornin, v případě SHP se jedná o terciální jílovce a jíly, částečně o terciérní písky či hlinité kvartérní horniny. Těžba hnědého uhlí v Severočeské hnědouhelné pánvi poznamenala rozsáhlou plochu o rozloze cca 250 km2. Udává se, že od 60. let 20. století bylo zlikvidováno z důvodu těžby více než 100 sídel včetně historického města Most. Vystěhováno bylo cca 90 tis. obyvatel. Industriální činnost a těžební aktivity byly provázeny narušením krajiny, výrazným zhoršením životního prostředí a vznikem sociálně ekonomických disparit. To byla „cena“ za zaměření Československa na industrializaci a dostatek levné energie. Plynné i pevné emise z elektráren významně poškozovaly ovzduší. V oblasti severních Čech množství měrných emisí (t.rok-1.km-2) bylo více než 2,2x vyšší u prašného spadu, 4,7x u SO2, 3x u NO2 a 1,5x vyšší u CxHy, než byl průměr ČR (údaje ze Statistické ročenky ŽP za r. 1993). Plošně nejrozsáhlejší ekologicky postiženou oblastí byl v ČR „velký územní celek“ – Chomutovsko – ústecká oblast. Zatížení ovzduší ovlivňovalo nejen lidské zdraví, ale i zemědělskou činnost (snížení zemědělské produkce v důsledku imisí). Podkrušnohoří se tak stalo územím, které patřilo k ekologicky nejzatíženějším ve střední Evropě a bylo plošně nejrozsáhlejší oblastí narušené a devastované krajiny. Bylo součástí tak zvaného „Černého trojúhelníku“, jejž tvořilo území severních Čech, část Saska (SRN) a Dolního Slezska (Polská republika). Vývoj imisní zátěže je dokumentován na obrázcích č. 2–4.

Obr. 2 Charakteristika antropogenní zátěže – průměrné roční koncentrace SO2 Chomutovsko – ústecké oblasti (Zdroj dat: Zdravotní ústav Ústí nad Labem)

Poznámka: Přerušovaná čára vyjadřuje limitní hodnotu pro ochranu zdraví platnou v roce 2004

61


Obr. 3 Charakteristika antropogenní zátěže – průměrné roční koncentrace NOX v Chomutovsko – ústecké oblasti (Zdroj dat: Zdravotní ústav Ústí nad Labem) Poznámka: Přerušovaná čára vyjadřuje platnou limitní hodnotu pro ochranu ekosystémů

Obr. 4 Průměrné roční koncentrace prachu (TSP a PM10) v Chomutovsko – ústecké oblasti (Zdroj dat: Zdravotní ústav Ústí nad Labem) Poznámka: Přerušovaná čára vyjadřuje současný platný imisní limit pro ochranu lidského zdraví

Pod vlivem negativních dopadů rozsáhlé báňské činnosti na životní prostředí severozápadních Čech, ohrožení dalších obcí likvidací, ale i relativního nadbytku uhlí a energie dochází k omezení těžby v SHP v důsledku územně ekologických limitů vyhlášených vládou ČR v roce 1991. V období, které následovalo, došlo k poměrně rozsáhlému útlumu těžby. Řada lomů a dolů byla uzavřena, proběhla nebo probíhá jejich sanace a rekultivace. V současnosti je stále aktuálnější problematika dalšího směrování palivo – energetické základny našeho státu, což se odrazí i ve vývoji Podkrušnohoří. 3. Vliv těžby na krajinu Těžba ovlivňuje krajinný ráz a vytváří zcela novou krajinu, s čímž souvisí celý komplex změn – reliéfu, struktury krajiny, mikroklimatu, negativního působení na biotu. Těžba uhlí významně ovlivňuje krajinu, vznikají recentní útvary – výsypky a zbytkové jámy. Proměny krajiny postižené těžbou uhlí lomovým způsobem se projevují především: 62


 geomorfologickou proměnou území vznikem nového reliéfu a jeho postupnou transformací – přesunem těžených odklizových hmot z lomových jam na vnější výsypky,  těžbou, přepravou a zakládáním odklizových hmot vznikají výrazně odlišné stratigrafické poměry spočívající ve změnách petrografických, fyzikálně chemických, fyzikálně mechanických a technologických vlastností ukládaných hmot do nově vznikajících recentních útvarů,  jsou výrazně narušeny hydrogeologické poměry území (podzemní vody, infiltrační poměry, výpary a místní srážky),  těžbou dochází k degradaci až destrukci pedosféry, orniční a podorniční vrstvy,  lomová těžba ovlivňuje také atmosféru a mikroklima území, hlavně kvalitu ovzduší úletem a rozletem prachových částic z rozsáhlých prostorů těžby ve vlastním lomu, z výsypek a dopravních cest,  je narušena biosféra v subsystémech fytocenóz, zoocenóz i mikrobiálních cenóz. 4. Z historie obnovy území po těžbě Historie obnovy území po těžbě v oblasti Severních Čech sahá až do r. 1854, kde v Horním zákoně Rakousko-uherské monarchie je stanovena povinnost sanovat a obnovit území po těžbě. Aktuální oblastí pro obnovu po těžbě bylo Podkrušnohoří, proto i zde Zemědělská zemská rada zřizuje v r. 1908 v Duchcově Rekultivační expozituru. Udává se, že do roku 1934 bylo v Podkrušnohoří provedeno 2150 ha rekultivací, převážně zemědělských. Konec 30.–40. let 20. století byl dle historiků rekultivačně málo produktivní. Po r. 1945 se výrazně zvyšuje těžba uhlí, což sebou přináší zábory pozemků s destrukčními vlivy v krajině. Od 50. let do r. 1960 bylo ukončeno cca 350 ha rekultivací, do r. 2000 se udává v SHP dokončených 7.350 ha a do r. 2007 celkem již 10.760 ha. Zákonem č. 334/92 Sb. je určena povinnost obnovit území po těžbě s cílem navrátit je do původního stavu. V oblasti SHP se udává, že bylo těžbou dotčeno cca 28 tis. ha takže zbývá dokončit obnovu na velké části území. Dle Štýse (2001) lze vývoj rekultivací v SHR rámcově charakterizovat těmito cykly: Vývoj rekultivací v SHR Charakterizována extenzivní koncepcí ozeleňování, jednoduchých zemědělských rekultivací bez použití ornice, hlavně na poddolovaných pozemcích, a zalesňováním s minimální úpravou 50.léta stanoviště a s dominantním uplatňováním nenáročných průkopnických dřevin (např. rychle rostoucí topoly). Prosadila se koncepce důkladnější úpravy pozemků s využíváním „zachráněné“ ornice s cílem tvorby půdy. V rámci lesnické rekultivace se již začal prosazovat širší sortiment přípravných, 60.léta melioračních a cílových dřevin. Byly prováděny důlně – technické etapy; to se v oblastech povrchové těžby projevovalo lepším tvarováním výsypek. Na to navazovala rekultivační technologie snahou o úpravu tvorby ekotopu, který vznikal nejen úpravou nové půdy, ale i morfologie a vodního režimu. Byla provedena podrobná klasifikace výsypkových substrátu a nadložních skrývkových zemin. Byla prosazena koncepce důsledněji prováděných zemědělských rekultivací. V zemědělské rekultivaci se stále více uplatňovalo používání úrodných a potenciálně 70.léta úrodných zemin na úkor přímé kultivace výsypkových a odvalových substrátů. Byl kladen důraz na likvidaci starých hlubinných devastací a ojedinělých výsypek malolomů. Byly vysazovány meliorační dřeviny (bříza, topol, olše). S tím souviselo větší množství terénních úprav, prodlužování cyklů biologické rekultivace (u zemědělských rekultivací na 8 let, u lesnických na 10–15 let). Postupně byly zpracovány metodiky pro provádění jednotlivých druhů rekultivací. Ve znamení přednostního uplatňování zemědělských rekultivací. Technologicky však byla již přechodem k cílené tvorbě zemědělských, lesních a vodních ekosystémů. Dochází 80.léta k intenzifikaci a částečnému zkracování biologické fáze na 5 let, spolupráce s VÚRV Praha – Ruzyně a VÚMOP Praha – Zbraslav.

63


90.léta

konec 20. stol. začátek 21. stol.

Charakteristická výraznou ekologizací celého rekultivačního cyklu; to se projevuje výraznou preferencí lesnických rekultivací před zemědělskými a snahou o tvorbu synekosystému. Zásady tržní ekonomiky ovlivňují nejenom těžbu, ale i rekultivační činnost. Zvýšil se počet subjektů, které nabízejí nejen projekční práce, ale i vlastní rekultivační činnost. Omezení potravinářské produkce i nové vlastnické vztahy k půdě dávají pro komplexní řešení územních celků novou dimenzi, kde jsou preferovány environmentální funkce, což umožňuje vznik ekologicky hodnotných území. Pro obnovu území je charakteristická preference koncepce krajinně ekologické obnovy velkoplošných území. Cílem těchto rekultivačních činností je dosažení žádoucí úrovně biodiverzity velkých územních celků navazujících na přírodní prostředí v území, která nebyla hornickou činností postižena. Nastává další trend; v souvislosti s finanční podporou státu je snaha o návrat člověka do krajiny a je připravována resocializace území.

Závěr Těžba uhlí v Podkrušnohoří se významně podílela na industriálním rozvoji Československa. Přináší s sebou řadu negativních dopadů, působí celou řadu disparit environmentálních i socioekonomických. Zahlazování následků báňské činnosti a obnova těchto území po těžbě jsou, a měly by být i do budoucna, nedílnou součástí procesu těžby a využívání nerostných surovin. Báňská činnost nekončí vytěžením poslední tuny užitkového nerostu, ale díky legislativním normám platným již od konce 19. století mají důlní organizace povinnost provést obnovu území, tak aby splňovala náročná kriteria funkční krajiny jak po stránce ekologické a krajinně estetické, tak i sociálně ekonomické. Příspěvek byl podpořen projektem MMR WD 44-07-1 „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů a území po těžbě uhlí v Podkrušnohoří“

Literatura ČERMÁK a kol. (1999) Rekultivace území. Metodika pro praxi., VUMOP Praha DEJMAL, I. (2007) Demografické a sociální limity rozvoje Podkrušnohorské pánve, Studie, 24s. KAŠPAR, J. (2008) Vliv zahlazování následků báňské činnosti na cenu uhlí. VŠB Ostrava Kolektiv autorů (2006) Hornická ročenka ISBN 80-7225-233-X KUKAL, Z., REICHMANN, F. (2000): Horninové prostředí České republiky, jeho stav a ochrana. Český geologický ústav, Praha. Ročenka životního prostředí Ústeckého kraje 2007, vydal Krajský úřad Ústeckého kraje 2008 Statistické ročenky životního prostředí. Vydalo MŽP Praha 2004–2006 ŠTÝS, S. a kol. (1981) Rekultivace území postižených těžbou nerostných surovin. SNTL, Praha. ŠTÝS, S. (2001) Mostecko – minulost až současnost, Most

64


VRÁBLÍKOVÁ, J. a kol. (2008) Revitalizace antropogenně postižené krajiny v Podkrušnohoří část I. Přírodní a sociálně ekonomické charakteristiky disparit průmyslové krajiny v Podkrušnohoří, FŽP UJEP Ústí nad Labem Zpráva společnosti Mostecká uhelná a.s. za r. 2006 Zprávy – Zdravotní ústav Ústí nad Labem 2006 http://www.sdas.cz

65


APPLICATION OF PROJECTION TECHNIQUES TO PLASMA FLUID AND ONSET OF TURBULENCE IN HARTMANN FLOW Ludek JIRKOVSKY 1, Luis BO-OT 2,3 1

Department of Informatics and Geo-informatics, Faculta Zivotniho Prostredi, University of J. E. Purkyne, Kralova Vysina 7, 400 96 Usti n. L., Czech Republic, [email protected] 2

Plasma Physics Laboratory, National Institute of Physics, University of the Philippines, Diliman, Quezon City, Philippines 1101 3

Archilife Environ-Control Research Center, Department of Architecture, National Cheng Kung University, Tainan 701 Taiwan

Abstrakt Odvodíme magnetohydrodynamické (MHD) rovnice vyšších řádů z mikroskopického pohledu za použití projekčního a poruchového formalismu. Při aplikaci k Hartmannově toku zjišťujeme zploštění rychlostních profilů směrem ke středu během přechodu k turbulenci při dosažení hydrodynamické meze. Porovnání se systémem pod vlivem homogenního magnetického pole nám dává rozdíl v přechodu k turbulenci v souladu s pozorováním, že přítomnost magnetického pole zabraňuje turbulenci. Abstract We derive higher order magneto-hydrodynamic (MHD) equations from a microscopic picture using projection and perturbation formalism. In an application to Hartmann flow we find velocity profiles flattening towards the center at the onset of turbulence in hydrodynamic limit. Comparison with the system under the effect of uniform magnetic field yields difference in the onset of turbulence in consistency with observations, showing that the presence of magnetic field inhibits onset of instability or turbulence. Klíčová slova: projekční techniky, přechod k turbulenci, turbulence v MHD, Hartmannův tok Keywords: projection techniques, onset of turbulence, MHD turbulence, Hartmann flow 1. Introduction Earlier, we developed a modified momentum transport equation for neutral fluids using projection-perturbation techniques and applied the equation to describe the laminarturbulent transition for the circular and plane Poiseuille flows [1,2]. In this paper we study extending the equation and its use to the field of electromagnetically conducting fluids, otherwise known as magneto-hydrodynamics or MHD. The standard MHD equations can be solved analytically if applied to some of MHD flows with the theory in good agreement with experiments as long as the flow remains laminar. However, the standard MHD equations encounter difficulty whenever there is an onset of turbulence [3]. Justification of local classical transport in the face of observed dissipative processes, like turbulence, has not reached full closure [4]. The reason may be found in the traditional assumption about hard-sphere structure-less particles used in the derivation. Elastic collisions between the particles of the fluid do not affect the form of standard MHD equations, which can be derived from Boltzmann kinetic equation as the contribution from Boltzmann collision integral reduces to zero. It might be therefore useful to study the onset 66


and origin of turbulence directly from the more general Liouville equation. Adopting and rewriting projection and perturbation analysis from Ref [1,2] extended to the third and higher order, kinetic equations for single particle distribution functions and corresponding MHD equations containing two control parameters related to the internal structure and geometry of the particles are derived. If one adopts a hypothesis about quantum origin of turbulence there are dissipative effects because of excitations of internal degrees of freedom of the particles due to collisions resulting in inelastic interactions [4]. This is reflected in correction terms appearing in higher order MHD equations. Examples on excitations of internal degrees of freedom of the particles are transitions between rotational levels inducing the occurrence of inelastic interactions and irregular motion. Monatomic gas is modeled as a quantum confinement with discrete energy levels for the velocities of the particles are not sufficient to induce electron excitations. Electrons, as particles with no internal structure, may undergo inelastic interactions as well because of existence of two spin states. The quantum kinetic model of turbulence is based on the well-known idea associating turbulence with deterministic chaos induced by inelastic interactions. There have been some experimental evidence reported suggesting the existence of the slight difference in critical Reynolds numbers for different gases as predicted by the theory, particularly for carbon monoxide and nitrogen [5,6,7]. This is due to the different energy gaps between ground and first excited rotational levels. For Hartmann flow, the only non-vanishing correction terms are those with control parameter related to the internal structure of the particle. The time development of the velocity profiles is obtained through numeric simulation. For sufficiently high value of the control parameter the parabolic velocity profile exhibits flattening towards the center, manifesting the onset of instability or turbulence in hydrodynamic limit [1,2,7]. On the other hand in uniform magnetic field, although the velocity profile is flattened due to the e/m brake in laminar regime, no change in profiles is observed for the comparable value of the control parameter, in accordance with observations that magnetic field inhibits turbulence [3]. A much higher control parameter is needed to induce turbulence. The onset of turbulence is observable in the corresponding phase transition plot. 2. Preliminaries We consider a plasma fluid consisting of an equal number of negatively charged electrons and positively charged ions such that the total number of particles in the system is N . The Liouville equation for the N-particle plasma distribution function is f ( N )  iLf ( N ) (1). t The Liouville operator can be written as L  L0  Le  λ Li with coupling strength parameter   0,1 and the operators of the kinetic, external potential and interaction energies as         pj    1  j , Le  i  F j ( x j , p j ) p j , Li  i   jV ( x j  x j , )( p j   p , ) , L0  i  j mj 2 j j, j j   where p j , m j are the momentum and mass of the jth -particle, F j are velocity dependent

forces and V represents interaction potential energy. Following Zwanzig, Muriel and Dresden [8], we define the projector   1 P  N 1  dx 2 ...dx N with  as the volume of the system. Also we define a  complementary projector Q  1  P . Then f P  Pf ( N ) and f Q  Qf ( N ) are reduced 67


plasma distribution functions. Application of the projectors to both sides of the Liouville equation yields the system of two equations f i P  PLf p  PLf Q t (2) f Q i  QLf P  PLf Q (3) t The formal solution of Eq. (3) is t

f Q (t )  G (t ) f Q (0)  i  G (t  s )QLf P ( s )ds

(4).

0

t

We call G (t )  exp(i  QLds ) a propagator. The substitution of Eq. (4) into Eq. (2) and 0

integrating over entire momentum space but one particle gives us an exact kinetic equation for single particle (electron or ion) distribution function f  t

f   i( L0  Le ) f   iλ PLi GQf ( N ) ( 0 )  λ 2 PLi  G( t  s )Li f  ( s )ds t

(5).

0

Following a perturbation-projection technique outlined in [2], the single particle distribution function f  is formally expanded in orders of coupling parameter  f 



 k f (k )

(6).

k 0

The propagator G is expanded in Taylor series G  exp( iQLt ) 



1

 n! ( iQLt )n

(7).

n 0

Then we substitute the expansions for f  and G into Eq. (5) and pick the terms containing same powers of  to obtain kinetic equations correct to the appropriate order. 2.1 Zero order, (k=0). We obtain Boltzmann equation for single particle (electron or ion) distribution function f (0) with BBGKY-like elastic collision term  f f ( 0 ) p  ( 0 )   ( 0) (8)  f   F p f   (  ) coll t t m    p  B ). Multiplying Eq. (8) by The Lorentz force acting on a charged particle is F  e( E  m one component of momentum and integrating over momentum space we get standard MHD equation for the mean velocity of the fluid ( 0)   U i( 0) Pij( 0)   ( 0 ) U i      (U j  ( j  B) i  0 . (9)   x j  x j  t For an incompressible fluid it may be rewritten as  ( 0)          ( 0 )  U (10)    (U ( 0 ) )U ( 0 )   p ( 0)   ( 0 ) 2U ( 0 )  j  B  0 .   t We used a decomposition of the pressure tensor Pij into its diagonal ( p ij ) and off(0)

diagonal parts (  ij , i, j  1,2,3 , the shear stress). The zero order density, pressure and

68


kinematic viscosity all are classic definitions from kinetic theory and the contribution from the elastic collision term reduces to zero. 2.2 First order, (k=1). We obtain standard MHD equation with one correction term  j  U iU j t , known as the Reynolds MHD equation using the procedure in [8]

 U i ( 0)   (0) (0)  (0) ρ   (U j  j )U i    i p ( 0)  ρ ( 0) ν 2jU i  ( j  B) i   j  U i(1)U (j1)  t  0 .   t (11) The first order velocity components are interpreted as fluctuations. The corresponding Fourier transformed form is used in most theories of turbulence. Although turbulence is traditionally studied from the Reynolds equation, it is treated as a flow phenomenon and the particle structure is unimportant or unnecessary. Recognizing the limitations of the Reynolds equation in explaining the onset and origin of turbulence, both of which are still open problems, we explore the possibilities of higher order kinetic and MHD equations. 2.3 Second order, (k=2). We pick terms containing 2 . The resulting second order kinetic equation can be written as (0)

f ( 2 ) t

t

1  i( L0  Le ) f ( 2 )   PLi  [ 1  i( t  s )( L0  Le )  ( t  s ) 2 ( L0  Le )2 ] Li f ( 0 ) ( s )ds 2 0

(12). Using the definitions of P , L0 , Li and Le we rewrite Eq. (12) as f ( 2 ) p  ( 2)   ( 2 )  f   F p f   m t t t t  2 (0)  1  1 2   2 (0)    b  f s ds   b t  s   p  f s ds   b(t  s ) 2 (2 p p  p 2  2p ) f ( 0 ) ds ( ) ( )( ) ( ) p p  0 p    m 0 2m 0 (13). We define the parameter b 

 2 (   V ) d . In order to reduce Eq. (13) to the corresponding

()

MHD equation, it is sufficient to multiply the right-hand side of the Eq. (13) by one component of the momentum and integrate over momentum space since the result for the left-hand side is already known. Performing momentum integration of the three time integrals in Eq. (13) in component form we notice that contribution from the t 1 first integral is zero, the contribution from the second integral is   b(t  s ) i ρ ( 0 ) ds and m0 t

1 third integral gives us b(t  s ) 2  2jU i( 0 ) ds . Putting everything together in component  m0 form we have

69




( 2)

 U i( 2)      (U (j 2 )  j )U i( 2)    i p ( 2)   ( 2 ) 2jU i( 2 )  ( j  B) i   t  t



t

1 1 b(t  s ) i  ( 0 ) ds   b(t  s ) 2  2jU i( 0) ds  m0 m0

(14). Re-normalizing densities  (0) ,  ( 2) , pressure p ( 2) and components of the mean velocity U i( 2) ,U i(0) to its true values in Eq. (14) we may rewrite the MHD equation for the mean velocity in vector form as  t t     2       1 1  U   (U)U   p    U  j  B    b(t  s ) ds   b(t  s ) 2  2Uds m0 m0  t  (15).  2 The parameter b   (V ) d with  as the volume and V as the interaction potential ()

vanishes for elastic collisions. This suggests b  0 is a measure of the strength of inelastic interactions and is related to the internal structure of the particle. When coupled with Maxwell equations and differentiated three times with respect to time t , Eq. (15) can be reduced to a fourth order differential equation as applied to the Hartmann flow   4U B02  3U  5U 2b  2U    0 (16).  t 4 c t 3 t 3 z 2 m z 2 2.4 Third order (k=3). To obtain the third order kinetic equation we pick terms containing λ 3 in Eq. (5) using the appropriate expansions for single particle distribution function and propagator G . The third order equation may be written as t f (3) 1  i ( L0  Le ) f (3)  PLi  { i(t  s) 3 [( L20 L2i  L0 Li L0 Li  Li L20 Li ) f ( 0) ( s )  L30 Li f (1) ( s )] t 0 6 1  [i (t  s ) L0 Li  (t  s ) 2 L20 Li ] f (1) ( s )}ds . (17) 2 Using explicit forms of the Liouville operators we may rewrite Eq. (17) as       f (3) f (3) p  (3) F  (3) 1t  f    p f   (  ) coll   b(t  s)[ p   p 2 p ] f (1) ( s)ds m t m0 m t t t 2 3 1 2  2  2     2 (1)    b(t  s ) [2 p p  p  p ] f  ( s )ds    b(t  s ) 3 [3 p 2  p  p 3 2 p ] f (1) ( s )ds 2 2m 3m 0 0 t       2  2  2  c (t  s ) 3 [2 p 2 p  p 2  3 p ] f ( 0) ( s)ds (18). m 0   The new vector parameter c   (V ) 3 d is related to the geometry of the particle and is

()

interpreted as a measure of the asymmetry of the particle. It vanishes for perfectly spherical particle. Multiplying Eq. (18) in component form by a component of the momentum and integrating over momentum space, the third order MHD equation is

70




t    2       U 1 [  (U)U ]  p   U  j  B    b[(t  s )  (t  s ) 2  2U ]ds m0 t

 3 2 4 t 3  2 ( t  s ) [ 5 c    b  U ]ds (19)  m2 0 We re-normalize again the density, pressure and velocity to their true values. Eq. (19) is the MHD equation with proposed correction terms in integral form correct to the third order. It contains the second order equation and there are new correction terms with a  vector parameter c , a measure of the asymmetry of the particle and scalar b . It is interesting to note that the geometry of the particle does not affect the flow of an incompressible fluid, however, there is a new term with control parameter b . 2.5 Higher order (k>3). Second and third order MHD equations may be written in a compact form by introducing a new dimensionless parameter   0,1  t     2       ∂U 1 ρ[  (U  )U ]  p  νρ U  j  B    b[(t  s )ρ - (t  s ) 2  2U ]ds m0 ∂t





t   4  (t  s ) 3 [5c  2 ρ  b 3U 2 ]ds 2  m 0

(20)

When   0 , we have the second-order equation and for   1 , we have the thirdorder equation. For a value of  between 0 and 1 , we think the Eq. (20) is a good approximate of higher order equations. A justification comes besides from its utility from the fact the Taylor expansion of the propagator G is an alternating series. As a result the time developments of the mean velocity profiles of the flow are oscillating around the solution of the exact transport equation as one raises the order of the approximate transport equation. The oscillations should diminish with raising order. Specifically for the Hartmann flow in hydrodynamic limit, mean velocities are decreasing in even orders while increasing in odd orders in time, seen in numeric simulations of the second and third order equation [2]. It is interesting to note that the geometry of the molecule does not affect the flow of   an incompressible fluid since the density ρ is uniform and the terms with  and  2  can be completely dropped from Eq. (20). Thus the equation utilized in applications is  t         b t   4b   ∂U ρ[  (U  )U ]  p  νρ 2U  j  B   (t  s ) 2  2U ]ds  2   3U 2 ]ds (21) m0 ∂t m 0 3. Application to Hartmann flow, results and discussion

Eq. (21) when coupled with Maxwell equations and differentiated four times with respect to time t to eliminate the time integrals may be reduced after following in principle the procedure described in [3], to a fifth order non-linear differential equation for Hartmann   flow. With short-circuit condition and a configuration with U  (U ,0,0), B  (0,0, B0 ) and  as the conductivity we get 2 5 4 6 3 2 3   U B0  U 2b  U 4!2b  U  U U U (22).  2  4 2   2  3  U 3   0 5 4 2 2 m tz  t m   z z c t t z z  We expect a solution containing at most five incommensurable frequencies with possible turbulent-like behavior of the system. The particle parameter b appears as a result of projection formalism in second order equations and becomes significant at the onset of 71


instability. The viscosity ν on the other hand originates from zero order equations. The parameter  can be fine adjusted in numeric simulations. The set-up for the Hartmann flow is the simplest geometry studied in the development of MHD generators and plasma propulsion. It also illustrates the basic mechanism of a number of applications of MHD flows. The system consists of a conducting body, plasma, which is made to move along a rectangular duct of constant cross-section. One pair of opposite enclosing walls at distance L is electrically conducting while the others are insulators. A schematic illustration is shown above. The induced electric current interacts with the external magnetic field and the resulting Lorentz force acts always against the flow. This is the case of MHD generators. In case when the current is maximum the e/m brake is also maximum but the electric field is zero because of short-circuit condition. Given a finite external resistance, electric power can be extracted from the plasma. We use non-slip boundary conditions and static fluid as initial condition to get the numeric solutions of standard MHD equation, Fig.1. Results are then coupled to derivative initial and boundary conditions to obtain the time evolution of the velocity profiles for the flow in rectangular duct from Eq. (22). Fixed parameters for the numeric simulations are L  1, ρ  1, ν  0.1, m  1, c  1, σ  1 . In solving the non-linear Eq. (22) we use a modified method of finite difference approximations for partial derivatives with uniform partition of length L so that length of one grid is L  0.01 and time interval is t  1 . Constant pressure gradient drives the motion of the fluid. The Reynolds number is U l Rn  max with characteristic length l  0.5 L . For the flow along a rectangular duct in



the hydrodynamic limit, the results shown in Fig. 2 exhibit the onset of instability and flattening of velocity profiles starting with control parameter b  0.001 . On the other hand velocity profiles for e/m brake with the same control parameter remain unchanged, as in Fig. 1. Thus, a higher control parameter is needed to induce laminar-turbulent transition. [See Figs.3 and 4.] This is in consistency with the observation that magnetic field inhibits or delays the onset of turbulence [3]. The laminar-turbulent transition is demonstrated in a phase transition plot where the time development of the relative average velocities U / U max is plotted vs. log Rn for b  0.01 in Fig.4 for Hartmann flow with B  5 . There is a sharp increase of the relative average velocity at the transition point determined by the critical Reynolds number. 4. Conclusion

In closing, we remark the control parameter b manifests its presence in e/m brake where the centerline velocity decreases with time, the flattening of the profiles broaden and intersect symmetrically at two points, Fig.3. This is not surprising since the Eq. (22) is non-linear fifth order differential equation, whose solution can have at most five incommensurable frequencies, raising the prospect of turbulent-like behavior [5]. This was proposed before from studies of kinetic equations taken to higher orders in coupling parameter and this study represents an independent motivation and an elaboration, as well as an extension to MHD flows, of such ideas. 72


References

1. L. JIRKOVSKY and L. BO-OT, Numerical Tests of a New Molecule Dependent Momentum Transport Equation, Physica A 387 (2008), 5 012–5 016. 2. L. JIRKOVSKY and L. BO-OT, Momentum Transport Equation for the Fluids Using Projection-Perturbation Formalism and Onset of Turbulence, Physica A 352 (2005) 241–251. 3. T. BOYD and J. SANDERSON, Plasma Dynamics, Butler and Tamm Ltd., (London, 1969). 4. H. GOEDBLOED and S. POEDTS, Principles of Magnetohydrodynamics, Cambridge Press, (Cambridge, 2004). 5. A. MURIEL, Quantum Kinetic Model of Turbulence, Physica D 124 (1998) 225–247. 6. O.NERUSHEV and S.NOVOPASHIN, Rotational relaxation and transition to turbulence, Physics Letters A 232 (1997) 243. 7. L. HINCKLE and A. MURIEL, Apparatus for laminar-turbulent transition in gases, J.Vac. Sci. Technol. A 23 (2005) 4. 8. A. MURIEL and M. DRESDEN, Projection Techniques in Non-Equilibrium Statistical Mechanics, Physica 43 (1969) 424–449.

73


Fig. 1 Velocity profiles for Hartmann flow. U vs. x, b=0.001,   0.000005 , B=5,

t=0-10, bottom to top.

Fig 2 Velocity profiles for Hartmann flow. U vs. x, b=0.001,   0.000005 , B=0, t=0-10, bottom to top.

74


Fig. 3 Velocity profiles for Hartmann flow, U vs. x, b=0.01,   0.000005 , B=5, t=0-10.

Fig. 4 Phase transition in Hartmann flow, U/Umax vs. Log Rn, b=0.01,   0.000005 , B=5.

75


APLIKACE SOCIOLOGICKÝCH PŘÍSTUPŮ PŘI STUDIU ŽIVOTNÍCH PODMÍNEK – VYBRANÉ PŘÍKLADY Z PÁNEVNÍCH OKRESŮ ÚSTECKÉHO KRAJE APPLICATION SOCIOLOGICAL ACCESS AT STUDIES THE LANDSCAPE – SELECTED EXAMPLES FROM BASIN DISTRICT ÚSTÍ REGION Milan JEŘÁBEK Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem Přírodovědecká fakulta, České mládeže 8, 400 96 Ústí nad Labem [email protected]

Abstrakt Příspěvek ukazuje možnosti zapojení sociologických přístupů do sledování a hodnocení změn v krajině. Dotazníková šetření se již stala nedílnou součástí socioekonomického a regionálního rozvoje, díky nimž je možné poznatky získané z tzv. tvrdých dat podstatně doplnit a rozšířit. Příspěvek prezentuje vybrané poznatky z předchozích, tematicky relevantních, autorových výzkumů. V závěru je naznačeno obsahové zaměření aktuálního empirického šetření, jehož výsledky budou představeny později. Abstract Contribution shows possibilities wiring sociological access to the following and classification changes in the landscape. Questionnaire research with already state indivisibility part of social-economic and regional development. Thanks they it is possible piece of knowledge adventitious from hard data essentially eke out st. with and extend. Contribution present choice piece of knowledge from last, thematic relevant author’s research. As conclusion is indication contained sight actual experiential inquiry, whose record will directress later. Klíčová slova: Sociologické šetření, subjektivní vnímání, krajina, životní prostředí, Ústecký kraj Keywords: Sociological survey, subjective reflection, country, environment, Ústí region Úvod

Současná fáze výzkumného projektu neumožňuje prezentaci poznatků z vlastního výzkumu v terénu. Proto se příspěvek zabývá obecnými otázkami sociologického výzkumu a konkrétní rovina je zastoupena vybranými okruhy z předchozích empirických šetření. Ty ostatně stály v pozadí formulace aktuálního zaměření, které se objevuje v závěrečné části příspěvku. Záměrem této stati je tedy poukázat na možnosti zapojení subjektivního hodnocení. Subjektivní vnímání jako výzkumná metoda

Při studiu krajiny je přirozené, že se tradičně uplatňují především disciplíny přírodovědně orientované – ať charakteru základního výzkumu (např. v rámci pedologie), tak s přesahem do aplikace (pozemkové úpravy apod.). Svébytné postavení zaujímá geografie jako obor 76


na pomezí (styku) věd přírodních a společenských, přičemž její síla, ale také zřejmě slabina, spočívá právě v komplexním přístupu. Ještě dál pak zasahují vědy společenské, ty se však v poslední době prosazují stále výrazněji. Máme přitom na mysli především tzv. měkké přístupy používané v sociologii. Díky nim je možné, a také žádoucí, verifikovat poznatky získané jinými, snad tradičnějšími postupy, jakož i rozšířit spektrum našeho poznání o novou dimenzi subjektivního vnímání. Hovoříme o dotazníkovém nebo anketárním šetření, přičemž terminologické odlišení je založeno především na rozsahu položených otázek, případně způsobu vyhodnocování. Důležitým krokem je volba tématu šetření, kdy se můžeme ptát na otázky všeobecné či tematicky široce koncipované, ale také náš zájem může být koncentrován na relativně úzký okruh (v tomto případě se zaměřením na revitalizaci území). Struktura dotazníku (ankety) by měla zachovávat logickou posloupnost (návaznost). Je-li více témat, tato jsou prezentována v bloku a taktéž „gradují“. Formulace jednotlivých otázek by měla být taková, aby umožňovala jednoznačnou odpověď. Častěji se proto setkáváme s tzv. uzavřenými otázkami. Potřebujeme-li však „pestřejší“ hodnocení zvolíme tzv. vícenásobnou volbu. Druhou možností, sociologicky zajímavější, ale z hlediska vyhodnocení náročnější, představují tzv. otevřené otázky. Poměrně zásadní otázkou je rozsah dotazníku. Na jedné straně se uplatňuje snaha zpracovatele dozvědět se co nejvíce, na druhé straně nelze respondenty neúměrně zatěžovat. Proto výsledné znění bude vždy kompromisem mezi oběma „póly“. Vedle samotného dotazníku je neméně důležitým krokem výběr respondentů, označovaný zpravidla jako cílová skupina. Nejběžněji je dotazována dospělá (15 případně 18 let a více) populace v řešeném regionu. Musíme usilovat, aby námi provedený výběr splňoval požadavky na reprezentativnost. Nejčastěji se používá tzv. kvótní výběr, tak aby soubor dotazovaných svým složením odpovídal celé populaci. Za kritéria (znaky výběru) slouží přitom zpravidla pohlaví, věk, vzdělání a místo bydliště. Fázi sběru dotazníku lze zajistit jak dodavatelsky, prostřednictvím odborné firmy, tak vlastními silami. Na vysoké škole např. zapojujeme do výzkumu studenty, kteří tak tvoří tazatelskou síť. Stanovuje se období, v němž bude sběr v terénu proveden, jakož i zodpovědnost (adresnost) každého tazatele za úplné vyplnění dotazníků. Následuje vyhodnocení dotazníkového šetření, které se provádí prostřednictvím statistických programů (nejběžnější SPSS). Jednodušší analýza je založena na četnosti jednotlivých odpovědí a jejich relativním podílu – třídění prvního stupně. Třídění druhého stupně pak uvažuje jednak podmíněnost odpovědí identifikačními znaky, jednak možnou provázanost či vazbu některých odpovědí. Posledním krokem je interpretace získaných výsledků. Zpracovatel musí připravit přinejmenším výzkumnou zprávu, která bude zahrnovat část tabulkovou, textovou i grafickou (případně kartografickou). Mimo jiné by měla obsahovat údaje o reprezentativnosti šetření, možné srovnání s jinými obdobnými šetřeními a také případná interpretační omezení. Jako vhodné se jeví seznámit vhodnou formou s poznatky z výzkumu ty, kteří svými odpověďmi přispěli. Jako zvláštní forma vystupuje výzkum veřejného mínění. Je organizován zpravidla na celostátní (případně dokonce nadregionální nebo mezinárodní) úrovni a realizují jej profesionální agentury. K posouzení spíše odborné problematiky můžeme zvolit tzv. klíčové osobnosti v určitém regionu (lokalitě), nejběžněji se jedná o zástupce veřejné správy, představitele podnikatelských subjektů, vysokoškolské posluchače. Tuto techniku označujeme jako řízený (strukturovaný) rozhovor, který si musíme zodpovědně připravit. Naším úkolem při rozhovoru je zaznamenat k jednotlivým otázkám vyjádření, někdy si tuto práci můžeme ulehčit nahráním na diktafon a následným vyhodnocením. Přednost této metody spatřujeme v získání názorů osob, které jednak disponují více informacemi než „obyčejní, 77


řadoví“ lidé, jednak socioekonomický vývoj – ve vazbě na svoje formální případně neformální postavení – významně ovlivňují. Poslední příklad primárních šetření, na rozdíl od všech ostatních kvantitativně koncipovaných šetření v tomto příspěvku předcházejících i následujících, je orientován kvalitativně. Jistá povrchnost výsledků kvantitativních výzkumů založených na měření vedla především v sociologii k hledání jiných přístupů, výstižněji charakterizujících sociální jevy a překonávajících popisnost a „zprůměrování“ pohledu na realitu. K posouzení obtížných problémů se používá např. expertní metody označované jako delftská. Soubor expertů se vyjadřuje ke konkrétním otázkám, obvykle i vícekolově. Záměrem je nalézt nejpravděpodobnější vývoj, nejlepší řešení. Vedle verbálního vyjádření – v zájmu porovnání – se setkáváme s bodovým vyjádřením, když dílčí ocenění můžeme ještě podle významu „vážit“. Zřejmě poslední metodou, tedy chronologicky nejnovější, je brainstorming. Ten přišel do regionálních věd z jiných vědních disciplín (např. psychologie) a poměrně úspěšně se ujal. Nemělo by se ovšem jednat jen o jakýsi nahodilý přehled názorů na předmětnou problematiku, ale účastníci by měli být do značné míry seznámeni s tématem v obecné rovině, na konkrétním příkladu a rovněž ve vývojovém (historickém) pohledu. Výběr z dosavadních poznatků

Součástí projektu MMR ČR WD-44-07-1 je rovněž socioekonomická analýza modelového regionu s důrazem na její vnímání zdejšími obyvateli (A408). Je přirozené, že při její přípravě jsme využili relevantních poznatků z předchozích výzkumů realizovaných autorem v předmětném území případně s obdobným zaměřením (viz literatura). Tyto výzkumy se zabývaly rovněž komplexní problematikou socioekonomického vývoje, hodnocením životních podmínek, složkami životního prostředí a vývojem krajiny, jakož i úlohou veřejné správy v regionálním a lokálním rozvoji. Pocházejí z četných projektů podpořených na mezinárodní, přeshraniční či národní úrovni. Považuji proto za vhodné připomenout je a současně specifikovat území a demonstrovat rozsah souboru respondentů: - Metodika hodnocení sociálních a ekologických souvislostí ekonomické transformace: teorie a aplikace (MPSV ČR č. 1J 008/04-DP1): ČR 1045, modelové regiony 446 respondentů (mj. Klášterecko 151, Vejprtsko 51, Bílinsko 90, Petrovicko 134, realizace 2005-2006 / více www.geoscape.cz), - Grenzüberschreitendes Management zur Sicherung und Ausprägung ausgewählter europäischer Flusslandschaften (Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung): Labe: česká část 391, německá/saská část / 2006, - Periferní oblasti Česka jako součást polarizace prostoru v souvislostech evropské integrace (GA ČR č. 403/03/1369): Východní Krušnohoří 244, Podkozákovsko 287 / 2004-2005, - Program rozvoje okresu Teplice (Okresní úřad Teplice): 333 + 376 / 1997 + 1999. První příklad se týká všeobecného hodnocení porevolučního vývoje, a to na celostátní úrovni, prostřednictvím šetření provedeného profesionální agenturou.

78


pracovní příležitosti veřejný pořádek a bezpečnost vztahy mezi lidmi silniční síť dostupnost veřejnou dopravou využití volného času dětí zdravotnictví a sociální péče ostatní služby kulturní vyžití životní prostředí možnosti rekreace návštěvníků bydlení sportovní vyžití okolí obce, krajina školství, vzdělávání podmínky v restauracích nákupní možnosti 1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

průměrná hodnota

Obr. 1 – Spokojenost se současnými životními podmínkami v obci Zdroj: vlastní šetření, 2006 (Stupnice: kladně 1, tak napůl 2, záporně 3)

Zřejmě nepřekvapí, že nejhorší pozici zaujímá trh práce reflektovaný jako úroveň nezaměstnanosti, tedy nový fenomén vývoje po roce 1989. Stejně tak nespokojenost převažuje u pořádku a bezpečnosti, kdy nová situace umožnila nejen svobodu, ale pro značnou část lidí též nízký respekt vůči obecně uznávaným (případně uzákoněným) pravidlům (zvyklostem). Za potěšitelné lze naopak označit spíše příznivé hodnocení aspektů tematicky blízkých zaměření projektu, tj. okolí obce a krajina, životní prostředí, případně možnosti vyžití a rekreace. Druhý příklad si všímá vnímání vývoje jednotlivých složek (faktorů) životního prostředí na Teplicku v 90. letech 20. století, hodnocených prostřednictvím stupnice 1: výrazné zlepšení až 5: výrazné zhoršení. Při vážení dosažených hodnot obsazují jednoznačně první příčku vzhled obce (2,11), následovaný ukazateli ovzduší a vod: množství emisí (2,26), množství imisí, čistota ovzduší, povrchové vody, pitná voda, odpadní vody (2,62). Kolem průměrné hodnoty se pohybují charakteristiky odpadového hospodářství, okolí domu, čistota v obci, ochrana přírody, charakter krajiny a těžební činnost. Nelichotivá poslední místa patří chování podniků a občanů k životnímu prostředí (2,95 resp. 3,12). Je to s podivem, když si uvědomíme, že nespokojenost s přístupem k ekologické problematice stála počátkem 90. let v popředí zájmu veřejnosti i politiky. Mezinárodní projekt říčních krajin nám umožňuje komparaci poznatků na české a německé (saské) straně. Jaké problémy by se měly řešit na přeshraniční / mezinárodní úrovni? Ptali jsme se otevřenou otázkou a zde prezentujeme jen ty odpovědi, u nichž jsme zaznamenali nejméně 10 případů. Z odpovědí vyplývají dvě poměrně signifikantní skutečnosti: 1. uváděné okruhy jsou poměrně podobné; 2. Němci jsou ve svých názorech „nápaditější“, jinými slovy: jmenují jich více. Jednoznačné prvenství patří životnímu prostředí, jeho ochraně či přírodě (50 resp. 51 případů). Další příklady s vazbou na krajinu jsou již jen na německé straně: ochrana před povodněmi (36), žádná výstavba na Labi, kvalita vody v Labi, ochrana krajiny a uchování kulturního dědictví (15). Na české straně 79


se dále uplatňují především ekonomické motivy – nejsilněji práce / zaměstnanost a doprava (po 21 případech). Jako další příklad byl zvolen přehled založený na řízených rozhovorech se zástupci územní samosprávy modelových území projektu MPSV ČR. Do tabulky byly přitom zahrnuty především ty výpovědi, reprezentující vztah ke krajině, životnímu prostředí v širším pojetí, případně využití území včetně působení regionální politiky. Z tabulky vyplývá, že úspěchy a neúspěchy obce (území, regionu), jakož i aktuální dění a záměry do budoucna, jsou výrazně diferencovány (resp. podmíněny) lokálními podmínkami. Co se může zdát pro jednu lokalitu samozřejmé či běžné, jiná – prostřednictvím expertního posouzení – to považuje za mimořádné. Značnou roli sehrává rekreační využití včetně lázeňství, problematika ochrany přírody a dopravní infrastruktury. Toto směřování koneckonců našlo i svou odezvu v oficiálních koncepčních dokumentech na úrovni celostátní i regionální (krajské). Tabulka – Vybrané poznatky z hodnocení starosty obcí Území Klášterecko

Vejprtsko

Petrovicko

Bílinsko

Vývoj po roce 1989 Péče o zámek a zámecký park Využití pramene Evženie a zrození lázní včetně kolonády a stáčírny vod 1998 – titul město roku v péči o historické památky Zlepšení vzhledu obce Nespokojenost s komunikacemi ve správě Ústeckého kraje Projekt Energeticky soběstačná obec Odstranění povodňových škod Nedostatečná regulace aktivit vietnamské komunity

Současnost a perspektiva Hlavní prioritou rozvoj CR – „Perla Poohří“ Záměr vyhlásit CHKO Střední Poohří

Regionální politika Výstavba lázeňských domů – obnova lázeňské infrastruktury

Zachování života – slušných životních podmínek Sporné zajištění dopravní obslužnosti

Obnova rozhledny na Nakléřově Cyklostezka – propojit Krušnohorskou magistrálu a Labské pískovce Neuspokojivý stav lázeňských Řešení nezaměstnanosti zařízení, oddělení lázní a v návaznosti na pokles zřídla významu těžby a sklárny Dokončení úprav jezera Maxim a Radovesické výsypky (po těžbě uhlí v lomu Bílina) k rekreačnímu využití Obchvat města – úvahy od roku 1985, přípravné práce Zdroj: vlastní výzkum – rozhovory se starosty obcí, 2006

Na výstavbu bytů – MMR, na kanalizaci a ČOV – SFŽP, povodňové dotace – MMR Bílina – centrum turistického ruchu a lázeňství

Z aktivit koncentrovaných územně na Teplicko (okres Teplice) jsou prezentovány specifika vybraných lokalit, rozšířených o přilehlé území. Při otázce: Co si vybavíte pod…? či S čím máte spojen pojem…? se u většiny příkladů setkáváme s dominancí jednoho prvku. V % vyjádření: Teplice: lázně vč. fontán (69 % v roce 1997, 58 % v roce 1999); Krupka: Komáří vížka, lanovka; Duchcov: zámek; Osek: klášter; Dubí: silnice, E 55, prostituce. U města Bílina a geograficky specifikovaných pojmů se naopak objevují přibližně stejně zastoupené možnosti; Bílina: doly a Elektrárna Ledvice, Lázně Kyselka (27 – 26 – 37 %); Krušné hory: lyžování, turistika vč. cykloturistiky, lesy; České středohoří: příroda, Milešovka. U lokalit mimo okres se uplatňuje především ekonomická funkce: Ústí n. L. a Litvínov průmysl, Most doly a uhlí, Meziboří internát a škola.

80


Vybrané poznatky ze současného empirického šetření

S ohledem na obsahové zaměření projektu jsme zvolili tři okruhy konkretizované v celkem 30 otázkách (navíc pak jsou přirozeně otázky identifikační). K zařazení 1. bloku stabilita obyvatelstva a pracovní poměry nás vedlo obecné povědomí o nízké stabilitě obyvatel v pánevní oblasti Ústeckého kraje, jakož i nadprůměrná úroveň nezaměstnanosti v regionu jako celku i jednotlivých lokalitách. Zajímalo nás tedy, zda se respondenti již stěhovali, v pozitivním případě pak odkud a proč. Chtěli jsme rovněž vědět, které okolnosti jsou natolik zásadní, že lze uvažovat o vystěhování, či naopak svazují dotazovaného s daným územím. Pracovní problematika je uvozena celkovou spokojeností se zaměstnáním, poté následuje – po příslušném filtru – otázka nezaměstnanosti včetně případné rekvalifikace. Z hodnocení podnikatelského prostředí a veřejné správy jsme se ptali na osobní zkušenosti s činností úřadů v posledních 5 letech, existenci koncepce rozvoje (územní plán, strategický plán, program rozvoje apod.). Respondenti rovněž oceňovali podmínky pro podnikání v obci/městě, případně navrhovali opatření k podpoře sociálního a hospodářského rozvoje obce/oblasti? Těžiště z hlediska tématu spočívalo ve třetím bloku reflektujícím hodnocení změn v území a krajině. Všímali jsme si subjektivního vnímání vývoje jednotlivých složek (faktorů) životního prostředí (ŽP) po roce 1989, atributů krajiny a její změny, a to včetně působení (vlivu) těžby a energetiky v poloze obecné i konkrétní (např. prolomení limitů). Vzhledem k významu koncepčních dokumentů na úrovni Ústeckého kraje či Severočeské hnědouhelné pánve jsme k posouzení předložili také vybrané příklady ke zlepšení komunikační sítě (z dopravy silniční, železniční a cykloturistiky – např. I/13 Bílina, úprava průtahu) a zastupující čtyři prioritní rozvojové oblasti (ekonomická, sociální, environmentální, správa věcí veřejných – např. zlepšení přístupu obcí k ochraně životního prostředí). Cílovou skupinou pro nás bylo obyvatelstvo starší 15 let čtyř okresů, tj. Ústí n. L., Teplic, Mostu a Chomutovu. Oproti reprezentativnímu vzorku jsme záměrně posílili jednak východní část SHP, jednak pánevní oblast. Důvodem pro tuto odchylku je – dle našeho názoru – koncentrace problémů právě do této oblasti. Celkem jsme získali 837 uspokojivě vyplněných dotazníků, což umožňuje solidně analyzovat subjektivní vnímání, a to včetně strukturálního pohledu. Tazatelskou síť tvořili posluchači Fakulty životního prostředí UJEP, v nezbytných případech pak byůa méně saturovaná místa doplněna prostřednictvím studentů gymnázií či středních škol. Vlastní sběr v terénu se realizoval v měsících květen až červen 2008, nyní bude následovat fáze vyhodnocení. Proto jsou dále uvedené výsledky jednou z prvních možností prezentace před odbornou veřejností. Vývojový pohled je zastoupen prostřednictvím konkretizace dílčích složek životního prostředí – viz Obr. 2. Subjektivně, a zřejmě i objektivně, se nejvíce v pozitivním smyslu změnil vzhled obce a množství škodlivin v ovzduší. V obou případech se téměř 60 % přiklonilo při třístupňové škále k „jedničce“. Zhruba 40 % se takto vyjádřilo i pro kvalitu povrchových vod a ochranu přírody. Naopak poměrně kritická situace pokračuje v chování občanů k životnímu prostředí: rozhodující část respondentů se domnívá, že nastalo zhoršení, druhé místo patří stagnaci (stabilizaci) a jen 14 % se vyslovilo pro zlepšení. Vývoj znečištění ovzduší vnímá nejmladší skupina kritičtěji než všichni respondenti jako celek. Vzdělanější obyvatelé (respondenti) vidí situaci pozitivněji. V územním pohledu hodnoty za Chomutov a Teplice odpovídají průměru, zatímco Most je vnímán nadprůměrně kladně (62 %), na rozdíl od Ústí n. L. s nadprůměrným záporným zastoupením (17 %). Povrchové vody, resp. jejich kvalita je hůře posuzována mladšími respondenty, starší generace jsou spokojenější. Skupiny obyvatel s vyšším vzděláním jsou spokojenější než skupiny obyvatel s nižším vzděláním. Z územní diferenciace vychází nejlépe Most (42 % pro zlepšení), na opačném pólu stojí Chomutov (26 % pro zhoršení). 81


Při hodnocení vzhledu obce se podle věku vymykají osoby obou středních kategorií: 30–44letí se nadprůměrně hlásí ke stagnaci, u 45–59letých je tento stupeň zastoupen výrazně méně než v celém souboru. Obdobná situace je u vzdělání: vyučení a středoškoláci bez maturity mimořádně akcentují stagnaci, naproti tomu středoškoláci s maturitou ji nedoceňují. V meziokresním srovnání se odlišuje především Chomutov, a to v pozitivním smyslu: téměř tři ze čtyř respondentů deklarují zlepšení. Při sledování ochrany přírody podle věku je specifická situace u stagnace, kterou výrazně méně vnímá nejmladší věková skupina, což je ovšem vyváženo vyšším podílem skupiny následující. Z hlediska vzdělání neshledáváme žádné významnější odchylky a totéž lze konstatovat v územním pohledu. Chování občanů k životnímu prostředí hodnotí starší občané lépe než mladší. Totéž můžeme říci o vzdělanějších respondentech. Odlišnosti mezi okresy se projevují především u kladného hodnocení: zatímco v Teplicích se takto vyslovila téměř čtvrtina respondentů, v Mostě to bylo jen 9 %. Chování občanů k životnímu prostředí Ochrana přírody

Vzhled obce

Kvalita povrchových vod Množství škodlivin v ovzduší 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

počet respondentů zlepšení

přibližně stejná úroveň

zhoršení

nedokážu posoudit

Obr. 1 – Vývoj jednotlivých složek (faktorů) životního prostředí Pramen: vlastní šetření, 2008

Více než polovina obyvatel se přiklonila k názoru, že krajina se zlepšila. Naopak jen zhruba každý desátý se domnívá, že došlo ke zhoršení. Zbytek respondentů, tj. cca třetina, se přiklání v tomto pohledu ke stagnaci. Od průměrné hodnoty se odlišují zejména zástupci nejmladší věkové skupiny (15–29 let), kteří hodnotí vývoj krajiny kritičtěji, a to přestože pozitivní náhled převažuje. Nejstarší generace naopak vyjadřuje vyšší spokojenost. Podle vzdělání vykazují méně spokojenosti respondenti s neukončeným a základním vzděláním, jakož i středoškoláci s maturitou. Výpověď o stagnaci je nadprůměrně zastoupena u vysokoškoláků, naproti tomu podprůměrně u osob vyučených a středoškoláků bez maturity. Podle místa bydliště, sledovaného za okresy, zjišťujeme výrazně lepší hodnocení v Mostě (až 60 % deklaruje zlepšení). Subjektivně nejhorší situace panuje v Teplicích. Rozhodující část dotázaných, a to téměř o dvě třetiny, se rovněž vyjádřila, že (přírodní) podmínky pro život jsou stejné (průměrné) jako v Česku. Třetina je vidí jen o trochu horší než jiných oblastech ČR. Ostatní, avšak nepříliš četné, odpovědi připadají proporčně na oba extrémy, tj. podmínky výborné versus špatné. Nejmladší a mladší střední generace (15–29 a 30–44 let) se domnívá, že zdejší přírodní podmínky jsou výborné, tj. lepší než průměr v Česku. Nejvyšší odchylku v pozitivním smyslu slova zaznamenáváme u vysokoškoláků, vyšší podíl hodnotí situaci jako výbornou. Respondenti z okresů Chomutov, Ústí n. L. a zejména Teplice vypovídají o lepších podmínkách pro život než celý soubor. Průměrnou hodnotu silně ovlivňují respondenti z Mostu (celkem téměř 300 82


osob), kteří jen ve 4 % označili podmínky za výborné, shodně přes 40 % za průměrné či o trochu horší než jinde a každý desátý za špatné. Nejlépe jsou na tom subjektivně Teplice, kde obdobné podíly dosahují 15 – 64 – 16 – 5 %.

Příspěvek byl zpracován v rámci projektů „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů a území po těžbě uhlí na příkladu Podkrušnohoří“ (MMR ČR č. WD-44-07-1) a MPSV ČR „Metodika hodnocení sociálních a ekologických souvislostí ekonomické transformace: teorie a aplikace“ (číslo 1J 008/04-DP1). Literatura:

ANDĚL, J., JEŘÁBEK, M., ORŠULÁK, T. (2004) Vývoj sídelní struktury a obyvatelstva pohraničních okresů Ústeckého kraje, Ústí nad Labem: UJEP, 229 s., (AUP; IV) ISBN 80-7044-493-2 JEŘÁBEK, M. (1994) Evolution of cultural landscape in the Northern Bohemian coal mining region on the background of socio-economic transformations. In: GeoJournal, Roč. 32, č. 3, s. 215–219 JEŘÁBEK, M.: Vnímání ekologické problematiky veřejností, (Arbeitsmaterial ARL) In: Implementierung ökologischer Belange in die raumplanerische Konzeptionen, Hannover: Akademie für Raumforschung und Landesplanung, 1997, s. 32–35, ISBN 80-967511-1-5 JEŘÁBEK, M. (1999) Regionální rozvoj Teplicka a přeshraniční aspekty / Vnímání socioekonomické situace obyvateli. In: Hospodářství, Roč. 2, č. 5, s. 21–24 JEŘÁBEK, M. (2004) Subjektivní vnímání jako součást komplexního/geografického hodnocení území, (AUP; V), In: Východní Krušnohoří - geografické hodnocení periferní oblasti, Ústí nad Labem: UJEP, s. 193–197, ISBN 80-7044-558-0 JEŘÁBEK, M. (2006) Vnímání prostředí jako prvek regionálního a lokálního rozvoje – vybrané příklady/poznatky z výzkumu v severozápadních Čechách. In: Česká geografie v evropském prostoru, České Budějovice: JČU, s. 118, ISBN 80-7040-879-0 JEŘÁBEK, M. ANDĚL, J. (2005) Sociogeografické a sociologické zkoumání vybraných aspektů kulturní krajiny ve vazbě na možnosti využití informační základny. In: Komplexní geografické hodnocení kulturní krajiny, I. díl, Ústí nad Labem: Tomáš Mikulenka, s. 75– 86, ISBN 80-239-3893-2

83


VÍCEKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ STRATEGICKÉHO SCÉNÁŘE 1 PODKRUŠNOHOŘÍ MULTIPLE CRITERIA ASSESSMENT OF THE STRATEGIC SCENARIO OF PODKRUŠNOHOŘÍ REGION Petr FIALA1, Miroslav FARSKÝ2, Jaroslav ZAHÁLKA2 1

2

Fakulta informatiky a statistiky, Vysoká škola ekonomická v Praze, [email protected] Fakulta životního prostředí, Universita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, [email protected], [email protected],cz

Abstrakt Na základě provedené SWOT analýzy byly stanoveny pracovní hypotézy tří variant strategického scénáře dalšího rozvoje modelové oblasti pánevních okresů (Chomutov, Most, Teplice. Ústí nad Labem). K charakterizaci výchozího stavu a proponovaných změn bylo vybráno 10 kvantifikovatelných ukazatelů. S pomocí Saatyho metody odhadu vah provedené komplexní hodnocení označilo jako nejhodnotnější variantu C (udržitelná), méně příznivá je varianta A (setrvačná) a nejméně je hodnocena varianta B (ústupová). Hodnocení bude nutné průběžně novelizovat v kontextu s vývojem hospodářské a energetické politiky. Abstract On the basis of a SWOT analysis working hypotheses of three variants of the strategic scenario of further development of the model region of basin districts (Chomutov, Most, Teplice, Ústí nad Labem) have been set. In order to characterize the starting position and the proposed changes, ten quantifying indicators have been chosen. The complex assessment, implemented with the aid of the method of estimation of weight significance by Saaty, indicated the variant C (“the sustainable one”) as the best one, while the A variant (“the inertial one”) was marked as a less promising one and the B variant (“the recessive one”) received the lowest rating. The assessment will have to be amended continuously in context with the development of economic and energy politics. Klíčová slova: Podkrušnohoří, těžba hnědého uhlí- ,Vícekriteriální hodnocení variant-, Saatyho metoda odhadu vah Keywords: Podkrušnohoří, brown coal mining-, multiple criteria assessment of variants-, the method of estimation of weight significance by Saaty Jedním z cílů projektu1 je vypracování metodologie pro hodnocení variant strategického scénáře dalšího regionálního vývoje Podkrušnohoří, které je v zadání projektu definováno jako území okresů Chomutov, Most, Teplice a Ústí n./L. Jedná se o typický problém vícekriteriálního hodnocení variant. Pro vyhodnocení této situace se nám jeví jako nejvhodnější použít metodu AHP (analyticko-hierarchický proces), která umožňuje použít

1

Vypracováno v rámci projektu Ministerstva pro místní rozvoj ČR č. WD- 44-07-1 „Modelové řešení revitalizace průmyslových regionů a území po těžbě uhlí na příkladu Podkrušnohoří“ – odpovědný řešitel Prof. Ing. Jaroslava Vráblíková, CSc.

84


kvantitativní i kvalitativní kritéria, nevyžaduje přesnou znalost kriteriálních hodnot, ale pracuje s relativními odhady na základě párových srovnání kritérií i variant. V předkládané stati nejprve uvádíme základní pojmy vícekriteriálního hodnocení variant, charakterizujeme Saatyho metodu pro odhad vah a principy metody AHP a uvedeme základní informace o softwarovém nástroji Expert Choice. Další část je věnována aplikaci nástrojů vícekriteriálního hodnocení na varianty strategického scénáře dalšího regionálního vývoje Podkrušnohoří. Uvedený postup a prezentované výsledky je nutno brát jako ilustraci navržené metodologie. Postup byl realizován v rámci brainstormingových sezení členů řešitelského týmu a odráží pouze jejich subjektivní názory. 1. Teoreticko-metodologická východiska vícekriteriální hodnocení variant U modelů vícekriteriálního hodnocení variant (Fiala, 2003) je úloha zadána explicitně seznamem variant A = {a1, a2, ..., ap} a seznamem kritérií F = {f1, f2, ..., fk} a hodnocením variant podle jednotlivých kritérií ve tvaru tzv. kriteriální matice: f1 Y=

f2 .... fk

a1

y11, y12, ..., y1k

a2

y21, y22, ..., y2k

.

............. ap

yp1, yp2,..., ypk

Prvky kriteriální matice yij, i = 1, 2, ..., p, j = 1, 2, ..., k, vyjadřují informace o hodnocení variant podle jednotlivých kritérií. Informace však mohou mít různou formu. Kardinální informace vyjadřuje skutečné hodnoty, kterých dosáhly jednotlivé varianty při hodnocení podle jednotlivých kritérií. Ordinální informace vyjadřuje pořadí dané varianty podle jednotlivých kritérií. Relativní informace poměřuje párově varianty mezi sebou podle jednotlivých kritérií. Cílem je najít variantu, která by podle všech kritérií dosáhla co nejlepšího ohodnocení. Bez újmy na obecnosti můžeme předpokládat, že všechna kritéria jsou maximalizačního typu. Čím je vyšší hodnota, tím je varianta lépe hodnocena. Na tento standardní tvar je možno převést každou úlohu vícekriteriálního hodnocení variant. 1.1 Váhy Většina metod vícekriteriálního rozhodování vyžaduje informaci o relativní důležitosti jednotlivých kritérií, kterou můžeme vyjádřit pomocí vektoru vah kritérií k

v = (v1, v2, ..., vk) ,  vi = 1, i=1

vi  0.

Čím je důležitost kritéria větší, tím je větší i jeho váha. Získat od rozhodovatele přímo hodnoty vah je velmi obtížné, avšak existují metody, které na základě jednodušších subjektivních informací od rozhodovatele konstruují odhady vah. Často se používá Saatyho metoda (Saaty, 1996) kvantitativního párového srovnání kritérií. Při vytváření párových srovnání S = (sij), i,j = 1,2,...,k, se často používá stupnice 1,2,...,9 a reciproké hodnoty. Prvky matice sij jsou interpretovány jako odhady podílu vah i-tého a jtého kritéria

85


vi , i, j = 1,2,...,k. vj Této matici se říká Saatyho matice. Pro prvky matice S platí: sij 

sii = 1

i = 1,2,...,k,

sji = 1/sij i,j = 1,2,...,k. Důvody pro zvolený rozsah stupnice jsou okolnosti, že všechny prvky by měly být stejného řádu; existuje i odpovídající vhodná verbální stupnice: 1 - rovnocenná kritéria i a j, 3 - slabě preferované kritérium i před j 5 - silně preferované kritérium i před j, 7 - velmi silně preferované kritérium i před j, 9 - absolutně preferované kritérium i před j. Hodnoty 2,4,6,8 vyjadřují mezistupně. Prvky matice S jako odhady podílu vah nejsou většinou přesně konzistentní, tzn. neplatí shj = shisij pro všechna h,i,j = 1,2,...,k. Kdybychom sestavili matici V = (vij) , jejíž prvky by byly skutečné podíly vah:

vij 

vi , vj

i,j = 1,2,...,k,

potom by pro prvky této matice platilo vhj = vhivij pro všechna h,i,j = 1,2,...,k. Váhy vi můžeme odhadnout z podmínky, že matice S se má od matice V "co nejméně lišit". Interpretujeme-li výraz "co nejméně lišit" v obvyklém smyslu minimalizace součtu čtverců rozdílu stejnolehlých prvků obou matic, dostáváme úlohu:  v F    sij  i  vj i j 

2

   min 

za podmínky: k

 vi = 1,

i=1

vi  0,

která vede na nekonvexní kvadratické programování, kde vznikají značné potíže při výpočtech. Saaty navrhl pro odhad vah použít vlastní vektor, odpovídající největšímu vlastnímu číslu matice S. Krok 1. Výpočet největšího vlastního čísla max matice S. Krok 2. Výpočet vlastního vektoru w = (w1, w2, ..., wk) řešením tzv. charakteristické rovnice: S w = max w. Krok 3. Normování vypočítaného vlastního vektoru, tj. dělíme každou jeho složku součtem Σwi i a obdržíme příslušné váhy vi .i 86


Pomocí interaktivního postupu je možno zpřesňovat odhady a zlepšit jejich konzistenci. Rozhodovateli jsou předloženy společně prvky matice sij a vypočtené podíly vi/vj k porovnání a úpravě prvků sij, na jejichž základě se vypočtou nové odhady vah atd. 1.2 Metoda AHP Jednoduchou a účinnou metodou pro stanovení priorit v hierarchických vícekriteriálních systémech je metoda AHP (Analytic Hierarchy Process), která při modelování preferencí vychází z posloupnosti párových srovnání vhodně stanovených částí systému (Saaty, 1996). Řešení probíhá ve třech krocích: Krok 1. Vytvoření hierarchické struktury cílů, kritérií a rozhodovacích variant v několika různých úrovních s rostoucí prioritou až po vrcholovou úroveň. Každá úroveň obsahuje části s podobnými vlastnostmi, které umožňují srovnání. Krok 2. Na každé úrovni hierarchie se provádí párové srovnání části systému. Počínaje vrcholovou úrovní se postupuje dolů a vytváří se matice párových srovnání, na jejímž základě se odhaduje vektor vah jednotlivých částí. Krok 3. Kombinují se odhadnuté váhy jednotlivých částí systému k získání agregovaných vah a vybere se varianta s největší agregovanou váhou. Na následujícím schématu je znázorněna základní hierarchická struktura se 3 úrovněmi: CÍL

Kritérium f1 Varianta a1

Kritérium f2

. . .

Kritérium fk

Varianta a2

. . .

Varianta ap

Obr. 1 Hierarchická struktura Na každé úrovni hierarchie se provádí párové srovnání části systému. V našem schématu jsou v jednotlivých úrovních hierarchie částmi systému cíl, k kritérií, p variant. Určení vah pomocí kvantitativního párového srovnání je možno použít pro všechny úrovně. Toto párové srovnání a výpočet vah variant probíhá stejným způsobem. Označme jako v = (v1, v2,..., vk) váhy kritérií, které vyjadřují jejich relativní důležitost pro rozhodovatele. Označme jako W = (wij) matici vah variant hodnocených podle jednotlivých kritérií, kde wij je váha varianty ai hodnocené podle kritéria fj. Potom agregovaná váha varianty ai z hlediska všech kritérií se vypočte takto:

k

wi =  vjwij , i=1,2,..., p j=1

87


Agregované váhy variant představují určitý užitek, jako „nejlepší“ varianta je vybrána varianta s nejvyšší agregovanou vahou, případně je možno uspořádat je podle klesajících hodnot agregovaných vah. 1.3 Expert Choice Jedná se o softwarový produkt pro podporu rozhodování na základě metody AHP (Analytical Hierarchy Process), který byl vyvinut T. Saatym a E. Formanem. Jedná se o účinný systém na podporu rozhodování, který umožňuje systematický přístup k rozhodovacím problémům. Program je uživatelsky-přátelský a využívá:  jednoduchý systém ovládání,  grafické znázorňování vztahů mezi prvky,  kvalitativní i kvantitativní informace. Základní vlastnost systému Expert Choice:  Umožňuje do rozhodovacího modelu zaznamenat neomezené množství hierarchicky členěných kritérií a hodnocených variant a graficky znázorňovat vztahy mezi mnoha stránkami rozhodovacího problému. 

Využívá metodu párových srovnání prvků (variant, kritérií) systému pro určení jejich priorit (vah).



Agreguje hierarchické priority (váhy) do celkových priorit všech hodnocených variant rozhodovacího problému.



Umožňuje provádět analýzu citlivosti uspořádání prvků na zvolené úrovni hierarchie v závislosti na změnách preferenčních indexů prvků na vyšší úrovni této hierarchie.

Hodnocení variant strategického scénáře Podkrušnohoří Na základě provedené SWOT analýzy byly nejprve odvozeny pracovní hypotézy následujících tří variant strategického scénáře dalšího (modelovaného) vývoje pojednávané oblasti, a to : Varianta A („setrvačná“)

   

V modelové oblasti pokračuje těžba hnědého uhlí na dnešní úrovni. V případě MUS jsou respektovány ekologické limity, v případě SD (lom Bílina) pokračuje těžba v rámci korekce limitů na základě usnesení z vlády o tzv.„výměně“ území. Elektrárenství v oblasti setrvává na své současné kapacitě při modernizaci současných zdrojů. Rekultivace postupují v dosavadním tempu a struktuře. Počet a struktura obyvatelstva stagnuje.

Varianta B („ústupová“)



88

V oblasti překračuje těžba hnědého uhlí hranice současných ekologických limitů u lomu ČSA (MUS).


    

Elektrárenství v oblasti prodělává období rekonstrukce spojené s intenzifikací a nárůstem výkonu dostavbou (např. nová elektrárna MUS – ČSA, nová elektrárna v Úžíně). Rekultivace se dostávají do problémů, např. není řešeno blížící se uzavření lomu ČSA, zhoršující se bilance vody pro hydrické rekultivace, nárůst ploch ponechaných samovolné sukcesi apod. Ostatní výrobní podniky v oblasti stagnují. Snižuje se počet obyvatel, klesají ukazatelé jeho kvalifikace. Mírný, spíše symbolický, nárůst v oblasti bydlící populace, který nachází po dosažení produktivního věku své uplatnění v perimetru oblasti.

Varianta C („udržitelná“)

 

 

V modelové oblasti dochází k jistému poklesu těžby hnědého uhlí v rámci současných ekologických limitů a odepsáním dalších zásob za jejich rámcem. Elektrárenství v oblasti setrvává, až mírně klesá, při modernizaci a ekologizaci jeho kapacit. Rekultivace postupují akcelerujícím tempem, v jejich struktuře se uplatňují hydrické formy a řízená sukcese. Dochází k postupné diverzifikaci ekonomické struktury a řešení „brownfields“.

V rámci brainstormingových sezení2 byla navržena hierarchická struktura obsahující kritéria hodnocení a jejich preferenční vztahy. Bylo zvoleno 10 kritérií rozdělených do tří „pilířů“ 3. Kritéria byla převážně navržena tak, aby vystihovala intenzitu působení aktivit, které mají negovat či tlumit identifikované, disparity a jsou maximalizačního typu: Čím je vyšší hodnota, tím je varianta lépe hodnocena.  Ekonomický pilíř (E) – průmysl, zemědělství, služby, podnikání E1 – Výše těžby hnědého uhlí (t/r) E2 – Finanční hodnocení přínosů a společenských nákladů (Kč/r) E3 – Bilance zemědělské půdy (měřeno v ha ± %)  Socio-kulturní pilíř (SK) – zdravotnictví, sociální péče, vzdělávání, kultura SK1 – Mimo-regionální migrace (dojížďka za prací)4 ( ±prac.) SK2 – Vzdělanost, kvalifikace obyvatelstva (± % z celk. počtu obyvatel) SK3 – Společensky negativní jevy5 – reciproční hodnota četnosti 2

O jejich obsahu a formě viz např. (Říha a kol. 2006) Výběr kriterií byl proveden gremiálně, se zřetelem na jejich kvantifikaci v časových řadách. Pokládáme zde za vhodné připomenout, že v našem projektu jsou pod pojmem regionální disparity (synonymně: nerovnosti, různosti, rozdílnosti, rozdíly) chápány a označovány ty meziúzemní ekonomické, sociální a environmentální rozdíly, a to především v ekonomické výkonnosti a zaměstnanosti, které:  jsou vyvolány subjektivní lidskou činností, a to především rozdílnou investiční aktivitou, rozvojem infrastruktury, vzdělávacího systému a růzností podmínek bydlení;  jejich řešení je uchopitelné regionálním managementem a státní správou. Toto vymezení připomínáme proto, abychom předešli výtkám z opomenutí tzv. přírodovědných, resp. naturálních, hledisek (kriterií). 3

4 5

Žádoucí tendencí je pokles dojížďky za prací Žádoucí tendencí je pokles v absolutní či relativní míře počtu závadových osob

89


SK4 – Změna počtu pracovních míst (± prac.);  Environmentální pilíř (N) – ovzduší, voda, krajina, agrosystémy, ekosystémy N1 – Retence vody v krajně (bilance příjmů a odtoků vody) N2 – Vývoj hodnoty přírodního potenciálu (ohodnoceného tzv. hesenskou metodou) N3 – Monitoring kvality přírodních složek životního prostředí – verbální hodnocení Stanovení váhy jednotlivých pilířů (E, SK, N) považujeme za politickou záležitost příslušející vládní administrativě a krajské reprezentaci. Pro dále uvedený a propočtený případ byl zvolen poměr jejich vah ana partes. K vlastním propočtům byl využit softwarový produkt Expert Choice.6 Hierarchická struktura problému obsahuje cíl (vybrání nejvhodnější varianty scénáře), vrstvu tří základních pilířů, vrstvu konkrétních kritérií pro jednotlivé pilíře a konečnou vrstvu variant scénářů (viz Obr. 2)

Obr. 2 Hierarchická struktura problému Dále probíhalo párové srovnání kritérií, porovnání důležitosti pilířů, porovnání důležitosti kritérií v rámci pilířů a porovnání důležitosti variant podle jednotlivých kritérií. Tato párová srovnání jsou uskutečněna s využitím Saatyho devítibodové stupnice. Z výsledků párových srovnání byly vypočteny lokální váhy prvků systému. Na následujících obrázcích jsou uvedeny jako příklad párová srovnání důležitosti kritérií v rámci socio-kulturního pilíře ve formě matice (Obr. 3) a výpočet lokálních vah kritérií v rámci socio-kulturního pilíře (Obr. 4). 6

Softwarový produkt Expert Choice umožňuje provádět párová srovnání důležitosti prvků systému několika způsoby: a/ počáteční určení směru preference, b/ s využitím verbální stupnice, c/ v matici, d/ v dotazníku, e/ graficky. 90


Obr. 3 Párové srovnání důležitosti kritérií v rámci socio-kulturního pilíře

Obr. 4 Výpočet vah kritérií v rámci socio-kulturního pilíře

91


Takováto párová porovnání prvků byla provedena ve všech vrstvách systému. Program následně agreguje hierarchické váhy do globálních agregovaných vah všech hodnocených variant rozhodovacího problému a provede uspořádání variant podle velikosti vah. Tímto postupem dospějeme k následujícím hodnotám ukazatele charakterizujícího celkové hodnocení jednotlivých variant: A/ 0,660 B/ 0,254 C/ 0,087.

Obr. 5 Výsledky hodnocení variant strategického scénáře Podkrušnohoří Program Expert Choice poskytuje přehled celé hierarchické struktury a vah všech prvků systému (Obr. 6). Expert Choice rovněž umožňuje provádět analýzu citlivosti srozumitelnou formou, pomocí několika grafů, do nichž je možné přímo nanášet měnící se preference či důležitost kritérií a okamžitě pozorovat změny, jakými projde konečné pořadí hodnocených variant (viz Obr. 7). Výsledky analýzy citlivosti ukazují na výraznou stabilitu vybrané varianty Cudržitelného rozvoje.

92


Obr. 6 Přehled hierarchické struktury a vah všech prvků systému

Obr. 7 Analýza citlivosti variant strategického scénáře Podkrušnohoří

93


Interpretace výsledků a diskuse Na základě provedeného komplexního hodnocení lze označit jako nejhodnotnější variantu C (udržitelná), méně příznivá je varianta A (setrvačná) a nejméně je hodnocena varianta B (ústupová). Výsledky hodnocení jsou podmíněny: 1/ volbou kriterií 2/ váhami připisovanými jednotlivým „pilířům“ kritérií. Je účelné znovu připomenout: stanovení váhy jednotlivých pilířů (E, SK, N) je implicitně dáno politickými rozhodnutími příslušejícími vládní administrativě a krajským reprezentacím, v dokumentaci jako je Státní energetická politika, Státní surovinová politika, územní a zastavovací plány atd. Téměř veškerá dokumentace tohoto typu je v současnosti novelizována. Literatura FIALA, P. (2003): Modely a metody rozhodování. Praha, Oeconomica. JABLONSKÝ J. (2002): Operační výzkum. Praha, Profesional Publishing. ŘÍHA J. a kol. (2007): Multikriteriální hodnocení. Analýza variant přestavby železničního uzlu Brno. Praha, Ecoimpakt. SAATY, T. L. (1996): The Analytic Hierarchy Process. Pittsburgh, RWS Publications. ŠULC O. (1987): Prognostika od A do Z. Praha, SNTL. VEBER J. a kol. (2006) : Management kvality, environmentu a bezpečnosti práce. Praha, Management Press.

94


ČIŠTĚNÍ SPECIFICKÝCH ODPADNÍCH VOD POMOCÍ IMOBILIZOVANÝCH MIKROORGANISMŮ SPECIFIC WASTEWATER TREATMENT BY IMMOBILIZED MICROORGANISMS Sylvie KŘÍŽENECKÁ1, Josef TRÖGL1, Věra PILAŘOVÁ1, Hana BUCHTOVÁ1, Lucie ČECHOVSKÁ2 1

Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected] 2 LentiKat´s a.s., Evropská 423/178, 160 00 Praha 6

Abstrakt V rámci projektu s firmou Lentikats a. s. byla optimalizována technologie dvoukrokového odstraňování dusíkatého znečištění a množství organického substrátu s omezenou mezitvorbou dusičnanů využívající bakterie imobilizované v polyvinylalkoholové matrici (Biotechnologie lentikats). Ve vsádkových experimentech na modelovém médiu byla dosažena nitrifikační rychlost přibližně 300 mg.h-1.kg-1 N-NH4+ při počáteční koncentraci amoniakálního znečištění 130 mg.l-1 N-NH4+. Denitrifikace dosahovala rychlosti 420 mg.h-1.kg-1 N-NO3- při počáteční koncentraci 170 mg.l-1 N-NO3-. Získaná data ze vsádkových experimentů byla použita pro optimalizaci kontinuálního čištění odpadních vod z dálničních odpočívek (voda z vyrovnávací a usazovací nádrže). Dosažené odtokové koncentrace amonných iontů a dusičnanů se pohybovaly pod stanovenými limity pro vypouštění do recipientu, koncentrace dusitanů a CHSK pak pod mezí stanovitelnosti. Abstract A technology for removal of nitrogen pollution and COD was optimized within cooperation with Lenticats company. The technology is based on two-step nitrogen removal with limited nitrate mid-production using bacteria immobilized in polyvinylalcohol matrix (Lentikats Biotechnology). The batch experiments with model medium resulted in nitrification rate of 300 mg.h-1.kg-1 N-NH4+ (initial concentration 130 mg.l-1 N-NH4+) and denitrification rate of 420 mg.h-1.kg-1 N-NO3- (initial concentration 170 mg.l-1 N-NO3-.). Batch data were used for optimization of continual treatment of water from highway pull-offs (equalization basin and settlement basin). Outlet concentration of ammonium ions and nitrates were under common limits for recipient drainage, concentration of nitrits and COD were under their determination limits. Klíčová slova: nitrifikace, denitrifikace, imobilizace, odpadní vody, Lentikats Keywords: nitrification, denitrification, immobilization, wastewater, Lentikats

Některé části této práce jsou předmětem obchodního tajemství firmy Lentikats a. s. Úvod

V odpadních vodách se anorganický dusík vyskytuje nejčastěji v amoniakální formě. Toto znečištění lze odstranit různými způsoby, především biologickým odstraňováním pomocí procesu nitrifikace a denitrifikace (SHIN J. H. et al. 2008, WU CH. et al. 2007). Nitrifikace spočívá v biologické oxidaci amoniaku na dusitany a dusičnany (XIANGLI Q. et al. 2008, 95


KIM J. H. 2008). Nitrifikaci běžně provádějí autotrofní bakterie např. rodu Nitrosomonas (ISAKA et al. 2007, MORITA M. et al. 2008), Nitrosococcus, Nitrospira a Nitrosocystis, které oxidují amoniakální dusík na dusitany. Dusitany jsou následně oxidovány na dusičnany např. rody Nitrobacter a Nitrocystis. Denitrifikace spočívá v biologické redukci dusitanů a dusičnanů organickými látkami. Denitrifikační mikroorganismy využívají dusitany a dusičnany jako konečný akceptor elektronů v respiračním řetězci (anaerobní respirace). Většina denitrifikačních mikroorganismů dává přednost kyslíku jako akceptoru elektronů a v jeho přítomnosti denitrifikace neprobíhá. Jsou ale známé i mikroorganismy, které jsou schopné tzv. aerobní denitrifikace a denitrifikují i v přítomnosti kyslíku, nicméně obvykle nižší rychlostí (AHN Y.H. 2006). Schopnost redukce dusičnanů na dusitany je v mikrobní říší velmi rozšířená. Kompletní redukci dusičnanů až na dusík umí jen některé bakterie např. rodu Micrococcus, Paraccocus (MORITA M. et al. 2008), Pseudomonas (ROIG M. G. et al. 1998, WANG CH. CH. et al. 2000), Chromobacterrium, Denitrobacillus apod. Heterotrofní denitrifikace (MORENO-CASTILLA C. et al. 2003) je široce využívána k odbourávání dusíkatého znečištění a je považována za účinný denitrifikační proces při odstraňování dusičnanů, pokud je poměr C/N v neupravené odpadní vodě vysoký. Pokud je organické znečištění nízké, vyžaduje heterogenní denitrifikace externí přídavek organického uhlíku. Klasické technologie odstraňování amoniakálního dusíku pomocí nitrifikace a denitrifikace mají omezené použití jen na relativně nízké znečištění. Čištění odpadních vod s vysokým obsahem dusíkatého znečištění vyžaduje intenzifikaci procesu. Jednou z možností intenzifikace je imobilizace mikroorganismů, která omezuje nebo znemožňuje volný pohyb mikroorganismů. To s sebou nese mnohé výhody, např. opakované použití mikroorganismů, dosažení jejich vyšší koncentrace, přesné dávkování mikroorganismů dle charakteru znečištění, ochranu proti nepříznivým podmínkám apod. Metody imobilizace se liší způsobem vazby partikule k matrici (adsorpce, zesítění, enkapsulace, kovalentní navázání apod.). Pomocí imobilizovaných mikroorganismů byly odstraňovány mnohé polutanty z odpadních vod, např. anionaktivní tenzidy (ROIG M. G. et al. 1998), chlorfenoly (WANG CH. CH. et al. 2000), síranové znečištění (EDENBORN H. M., BRICKET L. A. 2001), dusíkaté znečištění (CAO G. et al. 2002, LI Y. Z. et al. 2008), kovy (FERNÁNDEZ DEGIORGI C. et al. 2002, LEBEAU T. et al. 2002) a další. Patentovaná technologie enkapsulace mikroorganismů do polyvinylalkoholové matrice (Biokatalyzátor lentikats Patent DE 198 27 552) byla úspěšně použita v mnoha biotechnologických aplikacích, např. při produkci bioethanolu (REBROŠ M. et al. 2005) a při čištění odpadních vod (speciální znečištění a intenzivní odstraňování dusíkatého znečištění). Tyto aplikace vedou ke snížení investičních i provozních nákladů, intenzifikaci procesu (menší prostorové nároky, urychlení procesů apod.), snížené potřebě organického substrátu a výrazně nižší produkci kalu. V rámci projektu byl testován proces nitrifikace a denitrifikace na modelových a reálných odpadních vodách za použití imobilizovaných mikroorganismů navázaných v polyvinylalkoholové matrici (Biokatalyzátory lentikats). Byla sledována kinetika odbourávání dusíkatého znečištění (odbourávání amoniakálního, dusitanového a dusičnanového dusíku) z modelových vod ve vsádkovém uspořádání. Získaná data byla použita pro optimalizaci kontinuálního odstraňování dusíku z odpadních vod z dálničních odpočívek (voda z vyrovnávací a usazovací nádrže). Experimentální část Zařízení, chemikálie a postupy Pro pokusy byly použity 15litrové laboratorní reaktory doplněné měřicími čidly (pH, rozpuštěný kyslík), lopatkovým míchadlem, dmychadlem, automatickou regulací pH

96


pomocí hydroxidu sodného (1 mol.l-1, 2 mol.l-1) bez temperace. Experimenty byly prováděny v pracovním objemu 10 litrů, popř. 5 litrů, s 800 g biokatalyzátoru. Míchání a dmýchání vzduchu bylo nastaveno tak, aby množství kyslíku v roztoku bylo cca 7 mg.l-1. Obsah kyslíku byl měřen kontinuálně kyslíkovou sondou a pH skleněnou elektrodou. Vzorky ke stanovení dusíkatého znečištění byly odebírány po půl hodině nebo po hodině. První vzorek byl odebrán pět minut po nadávkování amonných, dusitanových, či dusičnanových iontů. Ke stanovení amoniakálního dusíku byl použit spektrofotometrický set Spectroquant pro stanovení N-NH4+ od firmy Merck, SRN. Vybarvené roztoky byly proměřeny na UV/VIS spektrofotometru Cary 50 od firmy Varian, USA. Pro ostatní formy dusíkatého znečištění (N-NO2-, N-NO3-) byl ke stanovení koncentrací použit Iontový chromatograf DIONEX ICS 1000 od firmy Dionex, USA. Koncentrace organického substrátu byla stanovena pomocí spektrofotometrického setu Spectroquant pro stanovení CHSK a vybarvené roztoky byly proměřeny opět na UV/VIS spektrofotometru Cary 50. Všechny potřebné chemikálie, použité k přípravě modelových a skladovacích roztoků a také roztoků k samotné analýze, byly v čistotě p. a. dodané firmou Merck, SRN nebo firmou Lachner, Neratovice. Mikroorganismy a média Pro dvoukrokovou nitrifikaci byl použit Biokatalyzátor lentikats s imobilizovanými směsnými kulturami Nitrosomonas europaea (oxidující NH4+ na NO2-) a Nitrosomonas winogradskiy (oxidující NO2- na NO3-). Pro jednokrokovou nitrifikaci byla potlačena činnost bakterie Nitrosomonas winogradskiy za účelem omezení tvorby dusičnanů. Pro denitrifikaci byl použit Biokatalyzátor lentikats s imobilizovanou kulturou Paracoccus denitrificans. Složení syntetických médií simulovalo složení odpadní vody (HPO42-, H2PO4-, Cl-, SO42-, HCO3- a další stopová množství kovů, např. Mn, Co, Cu, Ni) bez přídavku amonných, dusitanových a dusičnanových iontů. Ty byly do reaktoru přidávány dodatečně podle proměřovaných koncentrací. Složení syntetických medií je uvedeno ve Výzkumné zprávě (KŘÍŽENECKÁ et. al. 2008). Nitrifikace Byla proměřena kinetika dvoukrokového odbourávání amoniakálního znečištění pro vstupní koncentrace 38,8; 77,6; 155; 233 a 388 mg.l-1 N-NH4+ při pH 7, přičemž testování každé koncentrace bylo pětkrát zopakováno se stejným biokatalyzátorem. Vliv pH byl ověřen srovnávacím experimentem pro vstupní koncentraci 233 mg.l-1 N-NH4+ při pH 6. Dále byla proměřena kinetika jednokrokové nitrifikace pro koncentrace 100, 300 a 500 mg.l-1 N-NH4+ při pH 7. Denitrifikace Pro charakterizaci biokatalyzátoru dvoukrokové denitrifikace byly zvoleny tyto koncentrace N-NO3-: 50, 200, 500 a 700 mg.l-1. Jako zdroj CHSK byl nejprve použit methanol, později byl nahrazen ethanolem, jelikož při použití methanolu nebylo dosaženo dostatečné rychlosti odbourávání dusíkatého znečištění. Hodnota CHSK byla 3 g.g-1 N. Jednokroková denitrifikace byla testována pro koncentrace 300, 500 a 800 mg.l-1 N-NO2-, při hodnotě CHSK 2 g.g-1 N. Jako zdroj CHSK byl použit ethanol.

Odstraňování dusíkatého znečištění v kontinuálním provozu z odpadní vody z dálniční odpočívky Optimalizace podmínek kontinuálního systému nitrifikace a denitrifikace byla prováděna na odpadních vodách z dálniční odpočívky. Použity byly dvě různé vody lišící se koncentrací jednotlivých forem dusíkatého znečištění. Jednalo se o vodu z vyrovnávací 97


nádrže (nátok na ČOV) a z dosazovací nádrže (odtok z ČOV). Voda z nátoku na ČOV obsahovala 171mg.l-1 N-NH4+ (obsah CHSK nebyl stanoven). Pro tuto koncentraci dusíkatého znečištění bylo odvozeno množství nitrifikačního biokatalyzátoru (215 g), dávkovaného do nitrifikačního reaktoru, a denitrifikantu (165 g), dávkovaného do denitrifikačního reaktoru. Vzhledem k vysoké hladině organického znečištění nebyla externí CHSK v podobě ethanolu dávkována. Průtok systémem byl 500 ml.hod-1. Odpadní voda z dosazovací nádrže (odtoku z ČOV) obsahovala 0,85 mg.l-1 N-NO2-, 0,7 mg.l-1 N-NH4+, 43 mg.l-1 N-NO3- a 37,1 mg.l-1 CHSK. Vzhledem k nízké koncentraci amonných iontů nebyla prováděna nitrifikace. Z obsahu dusíku byla odvozena navážka denitrifikantu (110 g). Vzhledem k nízkému obsahu CHSK byla přidávána externí CHSK v podobě ethanolu o koncentraci 4 g.g-1N. Průtok systémem byl 1 l.hod-1. Výsledky a diskuse Nitrifikace Pro koncentraci 38,8 mg.l-1 N-NH4+ se pH modelového roztoku pohybovalo v rozmezí 7,13 až 7,32. K odbourávání amoniakálního znečištění docházelo v jednotlivých násadách rychlostí od 288 do 304 mg.h-1.kg-1. Průměrná rychlost odbourávání byla 294 mg.h-1.kg-1. Koncentrace všech forem dusíkatých sloučenin (N-NH4+, N-NO2- a N-NO3-) a množství kyslíku jsou znázorněny v grafu 1.

40

7,3

35

7,2 7,1

30

c N (mg.l-1)

6,9 20 6,8 15 6,7 10

kyslík (mg.l-1)

7

25

6,6

5

6,5

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-5

6,4 100 6,3

t (min) c N-NH4+ (mg.l-1)

c N-NO2- (mg.l-1)

c N-NO3- (mg.l-1)

c O2 (mg.l-1)

Graf 1 Kinetický test – dvoukrokové odbourávání 38,8 mg/l N-NH4+

Z grafu je zřejmé, že při dvoukrokové nitrifikaci dochází nejprve k oxidaci amoniakálního dusíku na dusitanové ionty a následně ke vzniku dusičnanových iontů. Konec nitrifikace je také možné určit z koncentrace rozpuštěného kyslíku, která po konečné oxidaci amoniakálního a dusitanového dusíku skokově vzrůstá. Průměrné hodnoty rychlostí odbourávání amoniakálního znečištění jsou uvedeny v tabulce 1. 98


Tabulka 1 Kinetika odbourávání amoniakálního znečištění Průměrná rychlost odbourávání (mg.h-1.kg-1) 294 286 490 408 533 261

Konc. N-NH4+ (mg.l-1) 38,8 ± 1,9 77,6 ± 3,9 155 ± 7,7 233 ± 11,6 388 ± 19,4 233 ± 11,6, pH 6

Průměrná doba na odbourávání (min.)

Zbytková konc. N-NH4+ (mg.l-1)

90 180 300 457 540 630

0,71 ± 0,07 0,48 ± 0,05 <3,88 <3,88 <3,88 <3,88

Nejvyšší rychlosti odbourávání, v = 533 mg.h-1.kg-1, bylo dosaženo při koncentraci 388 mg.l-1 N-NH4+. Závislost rychlosti odbourávání amoniakálního dusíku na počáteční koncentraci znečištění je v grafu 2. 500

400

-1

-1

rychlost odbourávání (mg.h .kg )

450

350 300 250 200 150 100 50 0 0

100

200

300

koncentrace

N-NH4+

400

500

600

-1

(mg.l )

Graf 2 Změna rychlosti jednokrokového odbourávání amoniakálního znečištění pro různé koncentrace N-NH4+

Z naměřených hodnot lze předpokládat, že zvyšující se rychlost odbourávání amoniakálního znečištění v závislosti na zvyšující se vstupní koncentraci bude pokračovat jen do určitého maxima, kdy se vstupní koncentrace stane pro celý proces inhibiční. Pro všechny koncentrace amoniakálního znečištění jsou průběhy odbourávání srovnatelné a rychlosti rostou v rozmezí zkoušených koncentrací, což znamená, že Biokatalyzátor lentikats je vhodný pro použití v proměřovaném koncentračním rozsahu. Denitrifikace Průběh denitrifikace s ethanolem pro koncentraci 200 mg.l-1 N-NO3- je uveden v grafu 3. Z průběhu denitrifikace je vidět, že odbourávání dusičnanového dusíku probíhá dvoustupňově, kdy v první fázi dochází k redukci dusičnanového dusíku na dusitanový a v druhé fázi k redukci dusitanového dusíku na plynný dusík.

99

180

900

160

800

140

700

120

600

100

500

80

400

60

300

40

200

20

100

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

-1

1000

-1

200

v (mg.h .kg )

c N (mg.l-1)


0 500

450

t (min) c N-NO3- (mg.l-1)

c N-NO2- (mg.l-1)

v (mg.h-1.kg-1)

Graf 3 Kinetický test – dvoukrokové odbourávání 200 mg.l-1 dusičnanového dusíku s ethanolem jako substrátem CHSK

Průměrné rychlosti odbourávání znečištění pro jednotlivé koncentrace jsou uvedeny v tabulce 2. I zde lze předpokládat, že rychlost odbourávání v procesu denitrifikace bude vzrůstat až do určité maximální koncentrace dusičnanů. Zjišťování maximální koncentrace dusičnanového znečištění nebylo vzhledem k budoucí aplikaci potřeba. Tabulka 2 Kinetika odbourávání dusičnanového znečištění Konc. N-NO3- (mg.l-1) 50 ± 2,5 200 ± 10 500 ± 25 700 ± 35

Průměrná rychlost odbourávání (mg.h-1.kg-1) 109 207 726 1050


Zbytková konc. N-NO3- (mg.l-1)

249 496 358 493

9,98 ± 1,0 18,9 ± 1,9 0,95 ± 0,1 73,2 ± 7,3

Výsledky rychlostí odbourávání u jednokrokové denitrifikace jsou zpracovány v tabulce 3. Tabulka 3 Kinetika odbourávání dusitanového znečištění Konc. N-NO2- (mg.l-1) 300 500 800

Průměrná rychlost odbourávání (mg.h-1.kg-1) 796 770 835, 173


Zbytková konc. N-NO2- (mg.l-1)

240 540 633, 1260

58,7 142 156, 738

Z tabulky je patrné, že pro koncentraci 800 mg.l-1 N-NO2- byla rychlost odbourávání dusitanového dusíku nejprve 835 mg.h-1.kg-1, přičemž při dalším experimentu se již rychlosti pohybovaly kolem hodnoty 173 mg.h-1.kg-1. Z toho lze předpokládat, že koncentrace 800 mg.l-1 N-NO2- je již hraniční koncentrací inhibující odbourávání dusíkatého znečištění pomocí jednokrokového Biokatalyzátoru lentikats. Odstraňování dusíkatého znečištění v kontinuálním provozu z odpadní vody z dálniční odpočívky 100


V reaktoru nitrifikace při čištění odpadní vody z vyrovnávací nádrže bylo pH regulováno na hodnotu 7, provozní teplota se pohybovala v rozmezí 23 až 27 °C a koncentrace rozpuštěného kyslíku se pohybovala od 7,4 do 9,2 mg.l-1. Nátoková koncentrace N-NH4+ se pohybovala v rozmezí 76 až 159 mg.l-1. Odtokové koncentrace N-NH4+ dosahovaly hodnot nižších než 15,5 mg.l-1 s průměrnou hodnotou pod 7,0 mg.l-1. Průměrná rychlost odstraňování amonných iontů byla po ustálení provozu reaktoru 301 mg.h-1.kg-1. Odtoková koncentrace N-NO2- nepřesáhla hranici stanovitelnosti (1,5 mg.l-1) a koncentrace dusičnanového dusíku na odtoku z reaktoru se pohybovala kolem průměrné hodnoty 168 mg.l-1 N-NO3-, s maximem 202 mg.l-1. U denitrifikace se rychlost odstraňování N-NO3- výrazně zvýšila a po ustálení provozu dosáhla průměrných hodnot 418 mg.h-1.kg-1. Odtoková koncentrace N-NO3- klesla na 65 mg.l-1 N-NO3-. Hodnoty CHSK se pohybovaly v rozmezí 0,6 až 1,1 g.g-1 N. Lze předpokládat, že při zvýšení dávky organického substrátu by došlo k odstranění i zbytkového N-NO3-. U čištění odpadní vody z dosazovací nádrže byla výsledná průměrná rychlost odstraňování N-NO3- 201 mg.h-1.kg-1. Na odtoku z reaktoru bylo dosaženo průměrné koncentrace N-NO3- 23,6 mg.l-1, koncentrace N-NO2- byla pod hranicí stanovitelnosti (< 1,5 mg.l-1), stejně jako koncentrace N-NH4+ (<1 mg.l-1). Vyšší koncentrace dusičnanového dusíku na odtoku z reaktoru opět indikují nutnost zvýšení dávky externího substrátu. Na konci procesu jsou koncentrace amoniakálního dusíku a CHSK pod stanovenými limity pro vypouštění vod do recipientu, které jsou 11,6 mg.l-1 N-NH4+, 20 mg.l-1 Nan. a 40 mg.l-1 CHSK (zákon č. 254/2001 Sb.). Koncentrace dusičnanového dusíku na odtoku se přiblížila k limitní hodnotě. Závěr

Z provedených testů vyplývá, že imobilizovaný Biokatalyzátor lentikats pro dvoukrokovou nitrifikaci je vhodný k odstraňování amoniakálního znečištění. Testované kultury pro nitrifikaci jsou vhodné pro odstraňování amoniakálního znečištění, které je nižší než 500 mg.l-1 a pro pH 7. Při pH 6 nebylo dosaženo tak vysokých rychlostí odbourávání. Dále bylo ověřeno, že testovaný biokatalyzátor lze použít při odstraňování dusičnanového a dusitanového znečištění pro koncentrace nižší než 800 mg.l-1. Na základě výsledků modelových testů a optimalizovaného kontinuálního procesu probíhajícího na reálných odpadních vodách lze říci, že biokatalyzátory firmy Lentikats a. s. je možné využít na odbourávání různých forem dusíkatého znečištění. Nutná je pouze úprava pH pro nitrifikaci a použití vhodného poměru organického substrátu k celkovému dusíku pro denitrifikaci. Při správných podmínkách provozu jsou Biokatalyzátory lentikats funkční v oblasti 101 až 103 mg.l-1 dusíkatého znečištění. Seznam literatury

AHN Y.H. (2006) Sustainable nitrogen elimination biotechnologies: A review. Process Biochemistry Vol. 41, pp 1 709–1 721 CAO G., ZHAO Q., SUN X., ZHANG T. (2002) Characterization of nitrifying and denitrifying bacteria coimmobilized in PVA and kinetics model of biological nitrogen removal by coimmobilized cells. Enzyme and Microbial Technology Vol. 30, pp. 49–55 EDENBORN H. M., BRICKETT L. A. (2001) Bacteria in gel probes: comparison of the activity of immobilized sulfate-reducing bacteria with in situ sulfate reduction in a wetland sediment. Journal of Microbiological Methods Vol. 46, pp. 51–62

101


FERNÁNDEZ DEGIORGI C., PIZARRO R. A., SMOLKO E. E., LORA S., CARENZA M. (2002) Hydrogels for immobilization of bacteria used in the treatment of metalcontaminated wastes. Radiation Physics and Chemistry Vol. 63, pp. 109–113 ISAKA K., YOSHIE S., SUMINO T., INAMORI Y., TSUNEDA S. (2007) Nitrification of landfill leachate using immobilized nitrifying bacteria at low temperatures. Biochemical Engineering Journal Vol. 37, pp. 49–55 KIM J., GUO X., PARK H. (2008) Comparison study of the effects of temperature and free ammonia concentration on nitrification and nitrite accumulation. Process Biochemistry Vol. 43, pp. 154–160 KŘÍŽENECKÁ S., TRÖGL J., PILAŘOVÁ V. (2008) Výzkumná zpráva – Výzkum a vývoj biotechnologií na bázi lentikats, Č. smlouvy 4109/2007, UJEP FŽP Ústí nad Labem LEBEAU T., BAGOT D., JÉZÉQUEL K., FABRE B. (2002) Cadmium biosorption by free and immobilised microorganisms cultivated in a liquid soil extract medium: effects of Cd, pH and techniques of culture. The Science of the Total Environment Vol. 291, pp. 73– 83 LI Y. Z., HE Y. L., OHANDJA D. G., JI J., LI J. F., ZHOU T. (2008) Simultaneous nitrification-denitrification achieved by an innovative internal-loop airlift MBR: Comparative study. Bioresource Technology Vol. 99, pp. 5 867–5 872 MORENO-CASTILLA C., BAUTISTA-TOLEDO I., FERRO-GARCÍA M. A., RIVERAUTRILLA J. (2003) Influence of support surface properties on activity of bacteria immobilized on actived carbons for water denitrification. Carbon Vol. 41, pp. 1 743–1 749 MORITA M., UEMOTO H., WATANABE A. (2008) Nitrogen-removal bioreactor capable of simultaneous nitrification and denitrification for application to industrial wastewater treatment. Biochemical Engineering Journal Vol. 41, pp. 59–66 REBROŠ M., ROSENBERG M., STLOUKAL R., KRIŠTOFÍKOVÁ L. (2005) High efficiency ethanol fermentation by entrapment of Zymomonas mobilis into LentiKats®. Letters in Applied Microbiology Vol. 41, pp 412–416 ROIG M. G., PEDRAZ M. A., SANCHEZ J. M. (1998) Sorption isotherm and kinetics in the primary biodegradation of anionic surfactants by immobilized bacteria I. Pseudomonas C12B. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic Vol. 4, pp. 253–270 SHIN J., SANG B., CHUNG Y., CHOUNG Y. (2008) A novel CSTR-type of hollow fiber membrane biofilm reactor for consecutive nitrification and denitrification. Desalination Vol. 221, pp. 526–533 WANG CH. CH., LEE CH. M., LU CH. J., CHUANG M. S., HUANG CH. Z. (2000) Biodegradation of 2,4,6-trichlorophenol in the presence of primary substrate by immobilized pure culture bacteria. Chemosphere Vol. 41, pp. 1 873–1 879 WU CH., CHEN Z., LIU X., PENG Y. (2007) Nitrification-denitrification via nitrite in SBR using real-time control strategy when treating domestic wastewater. Biochemical Engineering Journal Vol. 36, pp. 87–92

102


XIANGLI Q., ZHENJIA Z., QINGXUAN CH., YAJIE CH. (2008) Nitrification characteristics of PEG immobilized activated sludge at high ammonia and COD loading rates. Desalination Vol. 222, pp. 340–347 Patent DE 198 27 552 Verfahren zur Herstellung eines Gels aus Polyvinylalkohol und nach dem Verfahren hergestelltes mechanisch hochstabiles Zákon č. 254/2001 Sb., Zákon o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon)

103

Studia OECOLOGICA. Zkušenosti s používáním digitálních dataloggerů NOMAD OM-43 v jeskynním prostředí Richard POKORNÝ, Michal HOLEC 3

Recommend Documents